硬盘的存储原理和录音磁带、磁卡等等非常类似，使用磁性介质来保存数据。
以录音磁带为例，磁带表面有一层特殊的颗粒状磁性物质，在录制声音（写入数据）时，磁头会产生相应的磁场，途经磁头部分的磁带上的磁性物质（磁粉）会被磁化，磁化后的磁粉会带有与磁头相同的极性和一定的磁场强度。
当需要播放声音（读取数据）时，磁带匀速经过放音磁头，磁头就像一个小的发电机，当磁粉从磁头上经过时磁头内线圈的磁通量会发生变化，因此线圈会感应出电流，感应电流的强度和方向与磁粉的磁极和磁场强度有关，这样就把信号重新还原出来了。
数据被保存在磁带中后，除非人为的消磁，否则能够保存很久很久不会丢失。
硬盘的工作原理与录音磁带类似，但要比录音磁带复杂的多。
它的磁性物质分布在一个硬质圆盘（硬磁盘）上，工作时这个磁盘会在主轴电机的驱动下高速旋转，而磁头则被固定在磁头臂上，悬浮在磁盘表面（磁头与磁盘之间的距离非常非常近，有些硬盘的磁头距离不足1μm，比一个酵母菌还要小，作为对比，成年人的一根头发丝直径大约为70μm。
硬盘磁头一旦与磁盘接触，就会将磁盘刮伤而产生无法修复的物理坏道，这就是为什么机械硬盘非常害怕震动），工作时磁头臂在音圈电机的控制下移动，从而带动磁头移动，来读取磁盘表面不同区域的数据。
下图为机械硬盘的拆解图（机械硬盘内是无尘超净空间，千万不要在普通的空气中打开，否则拆开就意味着硬盘报废）。
目前市场上除了机械硬盘之外，还有一种固态硬盘（SSD）。
固态硬盘严格来说并不属于硬盘，因为它里面根本没有磁盘，只是由于它一般用来代替机械硬盘，所以很多时候都将它视为硬盘的一种了。
固态硬盘的存储原理与U盘、SD卡等存储设备类似，是利用某些元件的特殊电容来存储电荷，进而保存数据。