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 originalment. 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.