以錄音磁帶為例。磁帶表面有壹種特殊的顆粒狀磁性物質。錄音(寫數據)時，磁頭會產生相應的磁場。穿過磁頭的磁帶上的磁性物質(磁粉)會被磁化，磁化後的磁粉與磁頭具有相同的極性和壹定的磁場強度。當需要播放聲音(讀取數據)時，磁帶以均勻的速度通過播放頭。頭部就像壹個小型發電機。當磁粉經過磁頭時，磁頭中線圈的磁通量會發生變化，因此線圈會感應出電流。感應電流的強度和方向與磁粉的磁極和磁場強度有關，所以信號會再次還原。數據保存在磁帶上後，除非人為消磁，否則可以保存很長時間而不丟失。
硬盤的工作原理和錄音帶差不多，但比錄音帶復雜得多。它的磁性物質分布在壹個硬盤(hard disk)上，工作時會在主軸電機的帶動下高速旋轉，而磁頭則固定在磁頭臂上，懸浮在磁盤表面(磁頭與磁盤的距離非常非常近，有的硬盤的磁頭間距小於1μm，比壹個酵母還小。相比之下，人類頭發的直徑約為70μm..硬盤磁頭壹旦接觸到磁盤，就會劃傷磁盤，產生無法修復的物理壞磁道，這也是機械硬盤非常害怕震動的原因。工作時，磁頭臂在音圈電機的控制下移動，從而帶動磁頭移動，讀取磁盤表面不同區域的數據。下圖是機械硬盤的拆解示意圖(機械硬盤是無塵超凈空間，不要在普通空氣中打開，否則拆解意味著硬盤報廢)。
目前除了機械硬盤，還有固態硬盤(SSD)。嚴格來說，SSD不是硬盤，因為裏面沒有磁盤，但通常是用來替代機械硬盤的，所以往往被視為硬盤的壹種。固態硬盤的存儲原理類似於u盤、SD卡等存儲設備，利用某些元器件的特殊電容來存儲電荷，然後保存數據。