比特币的运行机制主要由点对点分布式节点网络、UTXO交易记账模型、工作量证明共识挖矿机制、区块链链式存储结构以及难度自动调节体系五大模块共同构成，各个模块之间相互协作，实现了无中心化机构监管下的价值传输与账本维护。整套机制从底层网络传播到上层交易记账，再到新区块产出和历史数据封存，形成一套闭环的去中心化运行系统，也是比特币能够长久稳定运行的核心根基。不同于传统金融系统依靠中心化服务器记录余额，比特币所有的数据同步、交易校验和新区块生成工作，全部交由分布在全球各地的网络节点共同完成，没有任何单一主体拥有账本修改权限。
点对点节点网络是比特币能够去中心化运行的底层载体，全网节点分为全节点、矿工节点和轻量节点三类，不同类型的节点承担着差异化的任务。全节点保存完整的区块链账本数据，负责校验每一笔交易、每一个区块是否符合比特币底层协议规则，一旦收到不合规的交易数据就会直接拒绝转发。用户发起一笔转账交易之后，钱包使用私钥完成数字签名，再将交易广播至就近连接的节点，节点验证签名合法、没有出现双花问题后，继续向相邻节点转发，短时间内这笔交易就会扩散到整个网络，未被打包确认的交易会暂时存放在各个节点的内存池当中，等待矿工挑选打包进入新区块。
UTXO未花费交易输出模型是比特币独特的交易记账机制，也是很多新手容易混淆的知识点。比特币并不会像银行账户那样直接记录某个地址的余额，余额数值是节点遍历区块链所有历史交易，统计该地址名下所有尚未花费的交易输出后计算得出。每一笔转账交易都由输入和输出两个部分组成，输入指向过去收到、还没有被消耗掉的UTXO，输出则生成新的UTXO转给收款地址与发起转账的找零地址，旧的UTXO在被使用之后就会永久标记为已花费，无法再次用于转账。这套记账模式能够高效识别双花攻击，只要一笔UTXO被消耗，全网节点都会拒绝第二次花费同一笔资产的交易请求。
工作量证明挖矿共识机制负责完成交易上链确认与新区块生成，矿工节点从内存池中挑选交易，将交易数据生成默克尔根，再搭配上一区块哈希值、时间戳、难度目标以及随机数Nonce共同组成区块头，反复进行哈希运算求解密码学难题。率先算出符合难度条件哈希结果的矿工，便可获得本轮区块的记账权利，打包好的新区块随即广播全网，其他节点校验区块合法之后就将新区块追加到区块链尾部。为了稳定维持平均十分钟出一块的节奏，比特币协议设置难度自动调节机制，每产出2016个区块就会根据这段时间全网算力变化，自动上调或者下调挖矿难度，以此抵消算力波动带来的影响。交易被打包进区块只是第一次确认，随着后续区块不断向后延伸，这条交易的篡改成本会持续上升，币圈普遍认为六次区块确认之后，这笔转账基本达到不可逆转的安全标准。
