比特币挖矿核心是基于PoW工作量证明机制，矿工通过算力竞争获取区块记账权，完成交易校验、区块打包，同时获取区块奖励与交易手续费，整套规则全部写在比特币底层代码中，由全网节点共同执行，不存在人为后台干预。
挖矿的首要流程是交易处理与候选区块构建，矿工从网络交易池中抓取未确认的转账交易，优先挑选手续费更高的交易进行校验，校验环节会核对交易签名、余额状态，过滤掉双重支付、格式错误的无效交易，之后把合规交易打包生成候选区块。区块分为区块头和区块体两部分，真正参与哈希竞赛的是仅80字节的区块头，里面包含上一区块哈希、默克尔根、时间戳、难度目标以及可不断改动的随机数nonce。矿工不断修改nonce数值，对区块头重复执行双重SHA‑256哈希运算，只有算出的哈希结果小于网络设定的难度目标，才算竞赛成功，拿到新区块的记账资格，这个过程没有捷径，完全依靠算力反复试算碰撞，算力越高，成功挖到区块的概率就越大。
为了维持网络平均10分钟产出一个区块的稳定节奏，比特币内置难度自动调整规则，每产出2016个区块，大约两周时间，网络会统计这一周期实际消耗的总时长，对比理论20160分钟的标准时间自动更新难度。如果算力涌入导致出块速度过快，系统就抬升难度目标，反之算力大规模撤离、出块变慢，就下调难度，单次难度调整存在上下四倍的边界限制，避免算力极端波动造成网络运行紊乱。即便大量矿机下线或者新增大量算力，这套机制也会自动校准，把出块时长重新拉回10分钟的均值，保障整个区块链账本的生成节奏稳定可控。
挖矿收益分为区块补贴奖励和交易手续费两部分，区块补贴是比特币新币的唯一发行渠道，初始每个区块奖励50枚比特币，每产出210000个区块就会发生一次奖励减半，周期大致四年，通过持续减半最终把比特币总供给锁定在2100万枚。当矿工成功挖出区块之后，会生成特殊的coinbase交易，把区块奖励发放给自己，随后把新区块向全网广播，所有网络节点快速验证区块哈希、交易合法性，确认无误后同步接入区块链主链。早期挖矿以区块补贴为主要收入，随着奖励持续减半，用户转账支付的手续费在矿工收益中的占比会持续提升，未来全部比特币发行完毕之后，矿工的全部收益将完全依靠交易手续费维持网络运转。
个体矿工独自挖矿成功概率极低，行业普遍采用矿池模式，众多矿工把算力集合在一起共同参与竞赛，矿池挖到区块之后，按照每个矿工实际贡献的算力占比分配收益，以此平滑挖矿收益波动。同时比特币遵循最长链原则，如果出现同时挖出多个区块的分叉情况，全网节点默认选择累计工作量最大的链条作为主链，另外分叉的区块会被废弃，对应区块的奖励也会失效，这一规则也约束矿工不会随意发起恶意攻击，篡改历史区块需要重新完成该区块之后全部区块的算力工作量，现实中成本极高，以此实现账本不可篡改的安全特性。
