比特币挖矿机本质依靠ASIC芯片持续执行SHA-256双重哈希运算，参与工作量证明竞赛，争夺新区块记账权，以此完成交易记账并获取区块奖励与交易手续费。挖矿不存在捷径算法，只能依靠硬件不断更换随机数进行暴力试算，最先算出满足网络难度标准哈希结果的设备，就能完成区块打包并向全网广播。整套运作流程不只是简单数字运算，同时承担着维护比特币分布式账本、抵御双重支付攻击的作用。
矿机运行前期并不会直接开始运算，配套矿池服务端会同步比特币网络数据，筛选内存池内等待确认的转账交易，组合生成候选区块模板。模板内部包含上一个区块哈希值、交易汇总生成的默克尔根、时间戳、网络难度参数以及可变随机数Nonce，同时内置一笔Coinbase奖励交易。完整区块信息汇总为区块头，矿机核心芯片只针对80字节的区块头反复运算，无需处理区块内全部交易数据，以此节约算力开销。
ASIC芯片是挖矿机的核心载体，芯片内部集成大量并行SHA-256计算单元，每秒能够完成万亿次哈希运算。运算过程中设备持续递增Nonce数值，每更改一次随机数，就完整执行一轮双重SHA-256运算，对比输出哈希数值和全网难度目标。只有最终哈希值小于目标阈值才算解题成功，一旦Nonce遍历完毕，设备还会配合修改Coinbase交易内的额外随机数继续尝试。普通电脑CPU、显卡并行运算能力有限，早已无法适应当下全网算力竞争。
当一台矿机算出有效结果后，会立刻将完整区块信息上传至矿池，由矿池向整个比特币P2P网络广播。全网所有节点快速校验哈希结果与区块内交易合法性，确认没有违规转账、双重支付等问题后，新区块正式接入区块链末端。为稳定维持大约十分钟出一块的节奏，比特币网络每产出2016个区块自动调整挖矿难度，全网算力上涨则难度提升，算力下滑随之降低门槛，平衡挖矿产出速度。
个人单独使用矿机挖矿很难竞争到区块，因此绝大多数从业者选择接入矿池。矿池把众多矿机算力整合，拆分更小的计算任务分配给每一台设备，矿机持续向服务器提交阶段性有效算力凭证。当矿池整体挖出区块，系统会依据每台矿机贡献的算力份额，按比例分发比特币奖励，降低单独挖矿长时间无收益的风险。算力收益除去电费、运维成本之外，最终收益也会随币价、网络难度变化持续波动。
