Els fabricants de discs durs es refereixen a la capacitat d'un disc utilitzant múltiples del SI (en potències de 1000), així un terabyte són 1000 gigabytes i un gigabyte són 1000 megabytes. Però cal fer notar que el programari, i els sistemes de fitxers, indiquen la capacitat en potències de 1024, per això l'espai disponible és una mica menor que la capacitat de la publicitat. La discrepància entre els dos mètodes de mesura ha tingut greus conseqüències financeres per a almenys un fabricant de discs durs (Western Digital) arran d'una judici promogut pels consumidors argumentat que la utilització de diferents mètodes de mesura era per enganyar els consumidors.[12] Els xips de semiconductor que s'utilitzen en la fabricació de les memòries s'organitzen de manera que la mida de la seva capacitat s'expressa en múltiples de potències de dos. Per contra, els discs durs no tenen una mida binària inherent. La capacitat és el producte del nombre de capçals (que acostuma a coincidir amb el nombre de cares), el nombre de cilindres, el nombre de pistes, el nombre de sectors per pista, i la mida de cada sector. La mida dels sector ha estat estandarditzada per conveniència en valors de 256 o 512 bytes, i més recentment també de 4096 bytes, tque són potències de dos. Això pot causar una mica de confusió perquè els sistemes operatius poden informar de la capacitat d'un disc dur utilitzant unitats amb un prefixos binaris que s'incrementen en potències de 1024. El disc dur enregistra les dades per magnetització direccional de materials ferromagnètics. Per representar els dígits binaris (0 i 1) s'utilitzen canvis seqüencials en la direcció de la magnetització. Les dades es llegeixen del disc dur detectant les transicions de la direcció de la magnetització i descodificant les dades escrites originalmen t. S'utilitzen diferents sistemes de codificació, com per exemple el Modified Frequency Modulation, el Group Code Recording o el Run Length Limited. El disseny típic d'un disc dur consisteix en un eix que se sosté un o més discs circulars anomenats plats (platter), on les dades són enregistrades. Els plats són fets d'un material no magnètic, normalment de vidre o d'un aliatge d'alumini, i són recoberts amb una fina capa superficial de material magnètic, habitualment d'un gruix de 10 a 20 nm (el gruix d'un full de paper corrent oscil·la de 0,07 a 0,18 mil·límetres, de 70.000 a 180.000 nm)[4] recoberta al seu torn amb una capa de carboni com a protecció. Els discs més antics utilitzaven l'òxid de ferro com a material magnètic. Aquests plats estan dissenyats per agafar grans velocitats, entre les 3.000 voltes o revolucions per minut (rpm) dels dispositius portàtils de baix consum fins a les 15.000 rpm en el cas dels discs destinats a servidors d'alt rendiment. La informació és llegida i escrita mentre els plats són en rotació, mitjançant un mecanisme anomenat capçal de lectura/escriptura que opera molt a prop de la superfície magnètica, a unes desenes de nanòmetres als dispositius més nous, el fet de no tenir contacte amb la superfície permet evitar la calor que es produiria pel fregament i augmentar la velocitat de gir. El capçal de lectura i escriptura (head en anglès) s'utilitza per detectar i modificar la magnetització del material que es troba immediatament per sota de la seva posició. A un disc modern hi ha un capçal per cada disc magnètic muntat sobre un braç comú per a tots els plats. El mecanisme de posicionament del braç mou el capçal en un arc radial a través dels discs, cosa que permet que els capçals tinguin accés a gairebé tota la superfície del disc a mesura que gira. El braç es mou utilitzant una bobina mòbil o, en els dissenys més antics, d'un motor pas a pas. A causa de la naturalesa policristal·lina del material magnètic, cadascuna d'aquestes regions magnètiques es compon d'uns pocs centenars de grans cristal·lins. Aquests grans magnètics són d'una grandària típica de 10 nm i cadascun forma un domini magnètic individual. Cada regió magnètica forma en conjunt un dipol magnètic que genera un camp magnètic. La capa magnètica d'aquests plats està dividida conceptualment en moltes regions magnètiques molt petites, de mida inferior al micròmetre, denominades dominis magnètics que s'utilitzen per codificar la informació. En els dispositius antics aquestes regions s'orientaven en sentit horitzontal i paral·lel a la superfície del disc, però a partir del 2005 l'orientació es va canviar en utilitzar un enregistrament perpendicular per permetre un menor separació dels dominis magnètics. Per a emmagatzemar dades de manera fiable és necessari que el material de la superfície d'enregistrament sigui resistent a la desmagnetizació que es produeix quan els dominis magnètics es repelen entre si. Antigament s'havia utilitzat òxid de ferro III com a material magnètic però als discs actuals s'utilitza un aliatge a base de cobalt.[5] La resistència d'un material a la desmagnetització es coneix com la seva coercitivitat magnètica (HC) i es mesura en amperes per metre en el Sistema Internacional, a més coercitivitat del material més estabilitat de les dades enregistrades però en necessitarà més energia per enregistrar-les.
Torna a dalt