比特币挖矿本质是矿工组装候选区块，反复对80字节区块头执行两次SHA‑256哈希运算，不断调整可变参数，算出数值低于网络目标阈值的哈希值，拿到新区块记账权并广播区块完成共识的完整过程，整套流程有着明确且固定的底层技术规范，并非单纯依靠算力进行无序运算。矿工第一步会从全网内存交易池抓取未经确认的转账交易，一般优先挑选手续费费率更高的交易填充区块，在交易列表最前端写入一笔Coinbase铸币交易，这笔交易没有对应的输入UTXO，用于写入区块发行奖励与区块全部交易手续费，同时预留自定义数据位存放额外随机数，完成交易筛选之后，所有交易两两配对进行哈希运算逐层向上合并，生成唯一的默克尔根哈希值，这一串字符代表区块内全部交易的完整性凭证，任意一条交易内容发生改动，默克尔根都会完全改变，区块将直接失效。
组装完整的区块头是挖矿运算的核心前置工作，区块头一共拥有六个固定字段，分别为协议版本号、上一区块哈希值、默克尔根、Unix时间戳、难度压缩位Bits以及32位随机数Nonce，除了Nonce、时间戳和Coinbase交易内的额外随机数之外，其余字段在一轮计算周期内基本无法随意改动。时间戳不能脱离网络中位数时间两小时区间，超出范围的区块会被全节点直接拒绝。矿工的主要工作就是从零开始递增Nonce数值，每更改一次数字就把完整区块头送入哈希函数，执行SHA‑256d双重哈希计算，对比输出结果和网络下发的目标阈值，只有最终哈希数值小于阈值才算解题成功。32位Nonce的取值范围存在上限，矿机在很短时间内就可以遍历全部数值，这时矿工无法继续调整该参数，只能修改Coinbase交易里的ExtraNonce额外随机数，触发默克尔根变动，重新开启一轮Nonce遍历，以此拓展搜索空间持续进行运算。
网络不会固定难度阈值，依靠自动调节机制把全网平均出块间隔稳定在十分钟左右，协议设定每打包完成2016个区块之后重新计算难度参数，大致周期为两周。系统统计前2016个区块实际消耗的总时长，和理论所需20160分钟做比值运算得出新的难度目标，当整体算力上涨，区块产出速度快于十分钟一块时，目标阈值会缩小，挖矿难度随之上升；算力下降出块变慢，阈值放大降低难度。为规避算力短时间剧烈波动带来的网络震荡，单次难度调整幅度被限制在原有数值的四分之一至四倍之间，就算算力短时间翻倍或者减半，网络也不会一次性把难度调整到极端水平，保障挖矿过程平稳运行，所有全节点都会独立完成难度演算，参数不一致的矿工产出的区块无法被网络认可。
当某一个矿工算出符合标准的哈希值之后，需要立刻把完整区块向全网广播，其余节点收到区块后不会重复执行海量哈希运算，仅需要进行简单校验即可判断区块合法性，校验项包含PoW结果、时间戳范围、默克尔根、交易签名有效性以及区块大小上限等多项规则。校验全部通过之后节点接纳区块写入本地账本，随即开启下一轮区块打包竞争。单独依靠一台ASIC矿机成功算出合法区块的概率极低，普通矿工大多选择加入矿池，矿池下发难度更低的任务模板，矿工持续上交满足次级目标的工作量凭证，矿池成功挖出区块之后，再按照矿工提交的有效工作量按比例分配区块奖励，以此抹平独立挖矿巨大的收益波动。
