Eine HDD besteht im Unterschied zu einer SSD aus magnetisch geladenen, rotierenden Scheiben, die in Spuren und Sektoren eingeteilt sind. Die Festplatte besitzt einen Schreib-/Lesekopf, der über die rotierende Magnetscheibe bewegt wird. Die abzulegenden Informationen werden damit durch Magnetisieren auf die Scheibe geschrieben. Die unterschiedlich magnetisierten Abschnitte werden mit dem Schreib-/Lesekopf auch wieder ausgelesen.
Grob vereinfacht lässt sich der Lesevorgang mit dem Abspielen einer Schallplatte vergleichen: Wurde auf dem Index (dem Plattencover) ein Titel ausgewählt, wird der Lesekopf (die Schallplattennadel) in den erkennbaren Zwischenraum zwischen zwei Titeln (Datenspuren) auf der Schallplatte gesetzt, um dann die Daten (hier also die Musik) abzutasten. Möchte man einen anderen Titel hören, beginnt es wieder von vorn. Bei der HDD sorgen ein Interface und genormte Steckverbinder für die Kommunikation mit der Rechnerumgebung. Die interne Steuerung der HDD bewegt den Schreib-/Lesekopf zu den adressierten Abschnitten auf der hartmagnetisierten Speicherscheibe. Die Datenbleiben auf der HDD-Magnetscheibe auch erhalten, wenn keine Stromversorgung anliegt.
Im Unterschied zur SSD erfordert die Konstruktion einer HDD hochpräzise Mechaniken. Die Magnetspeicherscheibe liegt in Präzisionslagern und wird von einem Elektromotor in eine definierte Umdrehungszahl von 5.400 bis 15.000 Umdrehungen pro Minute versetzt – letztere bei Hochleistungsrechnern und Servern. Der Schreib-/Lesekopf wird mit einem separaten Antrieb in die erforderlichen Positionen geschwenkt. Auch das erfordert höchste Genauigkeit, ist doch eine Datenspur auf der Magnetscheibe nur rund 75 Nanometer breit. Der Kopf selbst „schwebt“ auf dem Luftzug der Drehung 25 Nanometer über der Magnetscheibe. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von 300 Nanometern. Berühren sich Schreib-/Lesekopf und Magnetscheibe, kommt es zum berüchtigten Head-Crash mitsamt Datenverlust.
Der Unterschied einer SSD zur HDD ist ganz erheblich. Es gibt keine mechanisch bewegten Teile mehr, keine rotierende Magnetscheibe, keinen Schreib-/Lesekopf. Die Daten werden in Halbleiterzellen gespeichert. Dazu nutzt man die Eigenschaft eines Halbleiters (Solid State), einen einmal eingenommenen Ladungszustand behalten – also speichern – zu können. Die Verteilung der zu speichernden Informationen auf die vielen Millionen Halbleiterzellen übernimmt ein Controller, der die Daten entsprechend den Anforderungen „einschichtet“ und bei Bedarf oder drohendem Ausfall von Speicherzellen auch umlagert. Auch durch den Wegfall elektrisch anzutreibender Teile schneidet die SSD im Vergleich zur HDD in puncto Strombedarf besser ab. Zudem sind Gewicht und Abmessungen geringer.