以太坊本质是一套全球分布式的可编程状态机，依靠P2P节点网络、权益证明共识、以太坊虚拟机EVM、智能合约以及Gas计费体系共同运转，突破比特币只能简单转账的局限，实现链上复杂逻辑的自动执行，这也是整个以太坊生态能够诞生DeFi、NFT等各类应用的底层根基。
整个网络由遍布全球无数节点共同维护，所有节点同步保存完整的账户、交易与合约数据，保证全网账本完全一致。以太坊采用账户模型，分为外部用户账户与合约账户，外部账户由私钥掌控，能够主动发起交易，合约账户由部署上链的代码控制，本身无法主动发起操作，只能接收外部交易触发运行。用户发起转账、调用DApp交互时，交易经过私钥签名后广播至网络，进入内存池等待处理，后续由验证者进行打包处理。自2022年合并升级完成后，以太坊正式切换为权益证明PoS共识，参与者质押最低32枚ETH成为验证者，网络每12秒随机选出区块提议者组装区块，其他验证者完成校验投票，诚实运行可以获取奖励，出现双重签名、离线作恶等行为，质押资产就会遭到罚没，依靠经济约束保障网络安全稳定运行。
以太坊虚拟机EVM是这套体系的计算核心，也被看作是以太坊这台“世界计算机”的CPU。开发者编写的Solidity代码，会编译转换为EVM能够识别的字节码，所有智能合约都在EVM沙盒环境内执行。不管网络中哪一个节点，面对同一笔交易，经过EVM运算后必须输出完全相同结果，以此实现分布式环境下计算的确定性。执行过程会操作堆栈、临时内存以及合约持久化存储，运算结束之后堆栈和内存数据清空，只有存储部分的改动会被永久写入区块链，合约的资产记录、业务规则全部保存在链上，没有中心化服务器可以随意篡改。
Gas是以太坊的资源计量单位，相当于链上计算的燃料，每一步虚拟机指令都会消耗对应数量Gas，简单ETH转账固定消耗21000单位Gas，涉及存储写入的复杂操作会消耗更多Gas。用户交易需要设置Gas上限和费用参数，网络会按照EIP‑1559规则，拆分出基础费用与优先小费，基础费用会直接销毁，小费给到验证者提升交易打包优先级。如果执行过程Gas耗尽，交易直接回滚，已经消耗的Gas不予退还，这套机制一方面可以防止恶意代码无限占用网络资源，另一方面完成链上资源市场化定价，网络拥堵时基础费用自动抬升，缓解链上的交易挤兑问题。
智能合约则是把业务逻辑固化成链上可执行代码，合约部署完成之后，若无预留升级权限，逻辑便无法人为修改。像去中心化交易所、借贷协议、NFT、链上稳定币，全部依托智能合约实现，当外部交易触发合约，EVM就会严格按照预先写好的代码执行，无需中介机构介入完成资产交换、清算、权属变更等行为。但合约的安全性完全取决于代码本身，代码存在漏洞就会引发资产被盗风险，这也是币圈参与DeFi交互时不可忽视的风险点。从交易广播、共识打包、虚拟机运算，再到Gas扣费、状态上链，整套流程闭环运转，共同支撑起以太坊庞大的公链生态。
