以太坊本质是一套分布式状态机，依靠以太坊虚拟机EVM、账户体系、权益证明共识以及Gas计费机制共同完成链上运算，能够自动执行智能合约，实现资产转账、去中心化应用运行等各类链上行为，区别于比特币只做简单转账脚本的底层逻辑。整个网络由遍布全球的节点共同维护，每一个节点都会同步完整的世界状态，所有交易和合约代码的执行结果必须全网节点达成一致，以此实现去中心化，没有中心化服务器管控数据与运算流程。用户提交的每一笔交易，不管是ETH转账还是调用合约，都会广播进入内存池，等待验证者选取打包进入区块，经过共识校验之后，触发EVM执行对应的逻辑，修改全局账户状态，最终固化到区块链当中。
EVM是以太坊原理的核心，它相当于运行在各个节点之上的通用计算引擎，开发者使用Solidity编写的智能合约，编译后会转化为EVM可以识别的字节码操作码，不同操作对应不同的算力消耗，简单的加减运算消耗很低，而写入合约存储这类持久化操作会消耗大量资源。以太坊把账户分为外部用户账户和合约账户两类，外部账户由私钥控制，本身不携带执行代码；合约账户内部存储字节码，收到交易触发之后就会运行合约逻辑，两类账户都记录余额、nonce计数器、存储根哈希等信息，nonce还可以用来规避同一笔交易重复提交的重放攻击。世界状态依靠默克尔帕特里夏树保存，只需要根哈希就可以校验整套账户数据没有被篡改，保障所有节点状态同步一致。
完成合并升级之后，以太坊采用权益证明PoS共识机制，记账权不再依靠算力竞争，节点需要质押32枚ETH成为验证者，网络随机选出区块提议者打包交易，其余验证者完成验证确认，恶意作恶的验证者会面临质押资产被罚没的惩罚。区块产出间隔稳定在12秒，打包完成的区块会同步给全网节点，各个节点独立复现一遍交易执行过程，核对最终状态是否匹配区块头内的根哈希，只有全部校验通过，区块才会被网络正式接纳，这套机制保证即使部分节点出现故障，整体网络依旧可以稳定运行。
Gas机制是以太坊不可缺少的经济安全底座，每一步EVM运算都需要消耗Gas，用户提交交易时需要设置Gas上限，用来限定本次交易最多允许执行多少计算步骤，避免恶意合约提交无限循环代码耗尽节点算力，阻挡网络攻击风险。EIP‑1559升级之后手续费分为基础费和小费，基础费用会根据网络拥堵程度自动浮动，这部分费用直接销毁，小费用来激励验证者优先打包交易；如果交易执行过程中Gas耗尽，合约逻辑全部回滚，但是已经消耗掉的Gas不会退回，以此补偿节点已经付出的计算资源开销。普通转账运算量小，Gas消耗偏低，而NFT铸造、DeFi多合约嵌套调用，涉及大量存储读写，会产生更高的Gas开销。
