Le principe de fonctionnement d'un disque dur est relativement simple: il s'agit de stocker des informations sous forme binaire sur un (des) plateau(x) recouvert(s) d'une couche d'oxyde de fer.
Un matériau magnétique (comme un aimant) possède la propriété intéressante de conserver durablement sa polarisation (orientation des particules magnétiques). La polarisation ne peut prendre que deux directions; chaque aimant peut donc être utilisé pour stocker 1 bit d'information.
L'enregistrement consiste à exploiter l'information rémanente (durable) créée par une tête de lecture/écriture. Cette tête comporte une bobine qui crée un champ magnétique dont l'orientation dépend du sens de circulation du courant électrique qui la parcourt.
La surface du support (bande ou disque) est divisée en petits emplacements qui vont se comporter individuellement comme des aimants. Chaque emplacement code un bit. Pour lire l'information, on fait défiler le support sous la tête de lecture, qui mesure l'orientation du champ magnétique (qui crée un courant induit dans une bobine), de laquelle on déduit l'information stockée sur chaque emplacement.
Une unité de disque dur est en fait constituée de plusieurs disques, ou plateaux, empilés et en rotation rapide autour du même axe.
Chaque face d'un plateau est lue ou écrite par une tête de lecture. Afin de simplifier le mécanisme, toutes les têtes se déplacent en même temps, radialement, seule la distance tête-axe de rotation varie (voir schéma). Les disques sont structurés en pistes (c'est-à-dire divisés en cercles concentriques) et en secteurs (c'est-à-dire divisés en portions de cercle).
Le système complet est constitué d'un ensemble de disques empilés. Le contrôleur du disque doit être capable d'écrire ou de lire n'importe quel secteur. Pour repérer un secteur, il faut connaître son plateau, le numéro de sa piste, et le numéro du secteur dans la piste. La plupart des systèmes introduisent la notion de cylindre : un cylindre est formé par l'ensemble des pistes de même position sur tous les plateaux.
Un secteur est alors repéré par :