Информация хранится на компакт-диске в виде последовательности участков (т.н. питов, или pits) с переменной пропускаемостью либо отражаемостью света. Отражение интерпретируется как единица, отсутствие отражения — как ноль. Рабочая длина волны лазера — 780 нм. Цепочка питов расположена по спирали в направлении от центра. Интервал между витками — 1,6 мкм, ширина пита — 0,5 мкм, глубина — 0,125 мкм (глубина пита составляет 1/4 длины волны луча лазера в поликарбонате, что является обязательным условием правильного рассеивания света при попадании в пит; подробное описание приведено ниже), минимальная длина — 0,83 мкм. Номинальная (1x) скорость передачи данных — 150 Кб/сек (176400 байт/сек аудио или "сырых" данных, 4,3 Мбит/сек "физических" данных). Принципиальное отличие оптических и магнитных дисков просматривается уже в скорости вращения самого диска: магнитные носители вращаются с постоянной угловой скоростью, а компакт-диск - переменной — тем самым обеспечивается постоянная линейная скорость для условных точек, находящихся на различном удалении от центра. Таким образом, чтение внутренних сторон осуществляется с увеличенным, а наружных — с уменьшенным числом оборотов.

Оптические диски можно также разделить на группы по количеству возможных на них записей: CD-ROM (read only memory) — незаписываемые в домашних условиях диски, CD-R (recordable) — однократно записываемые диски и CD-RW (rewritable) — многократно перезаписываемые диски. Диски CD-ROM производятся на заводах с использованием специальных прессов. CD-ROM-диск имеет трехслойную структуру. В середине находится отражающий металлический слой (из алюминия, иногда золота — для длительного хранения информации), в котором сделаны сферические углубления — питы; с двух сторон этот слой покрыт поликарбонатом. Чтение происходит следующим образом: при попадании луча лазера на ровную поверхность отражающего слоя он (луч), отражаясь, попадает на светочувствительную область привода. Вследствие фотоэффекта появляется электрический импульс, интерпретируемый как "единица". Если же луч лазера попадает в пит, то он отражается в ином направлении и, как следствие, не попадает на специальную светочувствительную область; отсутствие импульса воспринимается как "ноль".

В принципе, CD-R-диски мало чем отличаются от CD-ROM-дисков. В конструкцию внесено лишь одно изменение, позволившее записывать информацию на такие диски в домашних условиях. Отражающий металлический слой не имеет пиитов, он абсолютно ровный, однако между ним и поликарбонатом добавлен еще один слой —регистрирующий. Этот слой представляет собой особое вещество, способное изменять свою светопропускающую способность. Обычно используются цианин и фталоцианин. В процессе записи лазер, проходя над определенными зонами, своим лучом нагревает их. Участки регистрирующего слоя при нагревании становятся мутными. При чтении информации эти участки выполняют роль питов, поскольку не отражают луч лазера целиком, а рассеивают его. Если же в данном месте регистрирующий слой прозрачен, луч проходит через него и, отражаясь от металлического слоя, попадает на светочувствительную область. Восстановить прозрачность участков регистрирующего слоя невозможно, благодаря чему информация защищена от перезаписи; тем не менее, данные могут быть потеряны при воздействии на диск ярких солнечных лучей или высокой температуры (в этом случае прозрачные участки станут непрозрачными).

Регистрирующий слой CD-RW-диска представляет собой более сложное по составу и дорогостоящее вещество, нежели у CD-R. Фазовые состояния этого вещества легко регулируются при помощи температурного воздействия; оно проявляет т.н. аморфные свойства. При нагревании такое вещество не переходит сразу в жидкое состояние, а становится вязким и мутным — аморфным. Принцип записи на CD-RW-дисках состоит в следующем: проходя над определенной областью диска, мощный луч лазера нагревает регистрирующий слой до высокой температуры и отключается. Участок изначально кристаллического слоя после сильного нагревания становится аморфным, а резкое остывание (после отключения лазера) фиксирует это состояние. Процесс чтения полностью аналогичен процессу чтения CD-R-диска. При перезаписи вещество переходит из аморфного состояния в кристаллическое после небольшого нагрева; этот процесс идет и при нормальных условиях (медленно), а потому информация, хранящаяся на CD-RW-диске, будет безвозвратно утеряна в течение нескольких лет. Ещё одной особенностью CD-RW-дисков является частичное отражение света регистрирующем слоем (даже в аморфном состоянии); вследствие этого разделение на импульс ("единица") и отсутствие импульса ("ноль") не представляется возможным. Для CD-RW-дисков необходимо разделение по принципу слабый импульс ("ноль") и стандартный импульс, полное отражение луча ("единица"). Именно поэтому большинство музыкальных устройств не работают с CD-RW-дисками.