Un disque dur mécanique se compose d’un ou plusieurs plateaux, où l’information numérique est stockée sous formes de cercles concentriques (les pistes). Une bonne façon de s’imaginer le fonctionnement est de penser au bon vieux vinyle ou au cd. Les vinyles sont basés sur des microsillons directement en contact avec un diamant et les CDs ou DVDs utilisent une technologie optique (laser) pour détecter les irrégularités dans la surface réfléchissante, là où les disques durs font appel au magnétisme pour lire les données, écrites en code binaire (0 et 1). Les données peuvent être stockées en magnétisant des sections microscopiques d’une piste afin de créer une suite de sections magnétisées ou non magnétisées au long de chaque piste, qui représentent l’information stockée.

Les éléments qui lisent ou écrivent les données en détectant la polarisation magnétique ou en magnétisant des sections individuelles pour déterminer ou effacer un bit s’appellent les têtes. On trouve ces têtes aussi bien au-dessus qu’en dessous des plateaux, puisque les deux côtés sont typiquement utilisés pour stocker des données. Des bras mobiles, semblables à ceux qu’on trouve sur les platines vinyle, déplacent la tête vers la piste voulue. Les têtes reposent sur un coussin d’air et sont extrêmement proches de la surface une fois qu’elles ont quitté leur position initiale, c’est pourquoi les disques durs sont fragiles. Il faut donc éviter les chocs et mouvements superflus une fois qu’ils sont en marche. La cause la plus fréquente d’erreurs liées aux disques durs est ce qu’on appelle un crash de tête, chose qui arrive lorsque la tête de lecture rentre en contact avec la surface du plateau.

La capacité des disques durs modernes s’accroit soit en améliorant les technologies d’enregistrement pour augmenter la densité des données, soit en ajoutant des plateaux dans la limite de l’espace au sein du disque. Les fabricants font référence à la densité des données pour parler du nombre de bits par pouce carré ou bien préciser la capacité en Gigaoctets par plateau. Cette dernière valeur dépend néanmoins du diamètre du plateau, d’où le fait que la première valeur soit sans ambigüité.

Le diamètre du plateau est un autre point clé : plus il est grand, plus on peut y stocker de données. Néanmoins, les grands plateaux nécessitent plus de mouvements de la part des têtes de lecture, ce qui nuit à la rapidité des temps d’accès. D’autre part, les grands plateaux génèrent plus de bruitComparable au grain en argentique, le bruit apparaît sous forme de pixels parasites de couleurs irrégulières. Il augmente notamment avec la chaleur, l... et plus de frictions, l’émission de chaleur est donc plus importante. C’est ce qui a principalement provoqué la disparition des disques durs 5,25" : Ils souffraient d’un temps d’accès trop lent, et la capacité de stockage pouvait être significativement augmentée même en utilisant des formats plus réduits.

Plusieurs générations de technologies d’enregistrement se sont succédées, la dernière en date étant l’enregistrement perpendiculaire (ou Perpendicular Magnetic Recording, PMR). L’orientation verticale des éléments magnétisés permet aux fabricants de disques durs de rapprocher les bits entre eux : l’ancienne méthode d’enregistrement longitudinale des données était limitée par ce qu’on appelle l’effet super paramagnétique, qui se traduit par une perturbation magnétique des éléments entre eux, entraînant une modification non voulue des informations stockées.

L’enregistrement longitudinal a encore un avenir, mais sera amélioré à l’aide de structures d’enregistrement appliquées au média, ce qui contribuera à repousser les limites de densité des données. La deuxième voie est la technologie d’enregistrement magnétique assistée par laser (HAMR, ou Heat-Assisted Magnetic Recording) qui utilise donc cette source de chaleur pour « débloquer » des sections magnétisables avant qu’elles puissent être physiquement modifiées. Les deux technologies sont nécessaires pour maintenir le magnétisme tout en augmentant la densité des données. Les fabricants estiment pouvoir atteindre plusieurs dizaines de téraoctets avec les principes des disques durs classiques.

Les plateaux des disques durs ont une vitesse de rotation, qui peut être de 3 600, 4 200, 5 400, 7 200, 10 000 ou 15 000 tr/min. Les 3,5" ou 2,5" spécifiques aux stations de travail ou au segment « entreprise » tournent à 15 000 ou 10 000 tr/min, ceux des particuliers en 3,5" vont de 10,000 à 5,400 tr/min, les disques durs des portables se situent entre 7,200 et 4,200 tr/min et les petits modèles 1,8" affichent 3600 ou 4200 tr/min. Les disques au format encore plus réduit comme les 1" d’Hitachi et Seagate tournent à 3600 tr/min.