Sebuah flash drive adalah perangkat penyimpanan yang menggunakan Flash Memory. Dinamai Flash Memory karena dapat diprogram kembali dengan cepat. Pertama kali diperkenalkan pada tahun 1980-an, flash-memory adalah tingkat menengah antara EPROM dan EEPROM dalam harga maupun kemampuan. Seperti EEPROM, flash-memory menggunakan teknologi penghapusan elektrik. Keseluruhan dari flash-memory dapat dihapus dalam satu atau beberapa detik, yang lebih cepat dari EPROM. Bisa juga menghapus sebagian blok memori.

Dinamakan flash-memory sebab microchip diorganisir sehingga bagian sel memori dapat dihapus dalam sekaligus atau “flash”. Seperti EEPROM, flash-memory hanya menggunakan satu transistor per bit. Flash memory (flash disk) merupakan salah satu tipe chip EEPROM (Electronically Erasable Programmable Read Only Memory). Flash memori memiliki grid kolom dan baris dan sel yang memiliki dua transistor di setiap titik-titik perpotongan grid. Kedua transistor dipisahkan satu sama lain dengan lapisan oksida tipis. Salah satu transistor dikenal sebagai floating gate, dan yang lainnya adalah control gate.

Kondisi awal (default) floating gate adalah logika '1'. untuk mengubahnya menjadi logika '0' membutuhkan proses yang disebut Fowler-Nordheim tunneling. Tunneling digunakan untuk mengubah penempatan elektron dalam floating gate. Sebuah muatan listrik, biasanya 10 sampai 13 volt, diberikan pada floating gate. Muatan berasal dari kolom, atau bitline , memasuki floating gate dan mengalir ke ground.

 Floating gate logika "0"

Elektron dalam sel-sel dari chip flash memory dapat kembali normal (logika "1") dengan penerapan medan listrik, muatan bertegangan lebih tinggi. Flash-memory menggunakan in-circuit wiring untuk menerapkan medan listrik baik untuk seluruh chip atau per-blok. Pada flash-memory dapat dilakukan penghapusan area tertentu pada chip, yang kemudian dapat ditulis ulang. Flash memory bekerja jauh lebih cepat daripada EEPROM tradisional karena ia tdk menghapus satu byte pada suatu waktu, melainkan menghapus sebuah blok atau seluruh chip, dan kemudian menuliskannya kembali.

Sebuah flash drive terdiri dari sebuah PCB yang berada dalam plastik atau casing karet, sehingga kokoh. Kebanyakan flash drive menggunakan koneksi USB tipe-A. Oleh karena itu mereka dapat langsung terhubung ke port pada komputer.

USB flash drive merupakan perangkat penyimpanan flash memory bertipe (gerbang logika) NAND. Komponen penting dari flash drive ini diantaranya tipe A konektor USB (male), USB mass storage controller, chip flash-memory bertipe NAND dan sebuah osilator kristal. Konektor USB bertindak sebagai antarmuka antara perangkat dan komputer. Pengendali penyimpanan terdiri dari sebuah prosesor RISC kecil. Ini juga memiliki beberapa jumlah memori on-chip. Chip flash-memory lah yang sebenarnya melakukan pekerjaan penyimpanan data. Osilator kristal menghasilkan sinyal clock dan mengendalikan output data dari perangkat. LED bertindak sebagai indikator. Ada kalanya flash drive dilengkapi dengan write-protect switch.

Sebuah magnet tidak akan membahayakan USB flash drive. Data dalam flash drive disimpan sebagai muatan listrik. Sebuah medan magnet tidak bergerak, sekuat apapun tidak akan mampu mempengaruhi muatan ini. Sedangkan sebuah medan magnet bergerak,dapat menginduksi arus listrik dalam konduktor. Magnet yang cukup kuat dan bergerak dengan cukup cepat, atau sumber lain berupa gelombang radio,dapat menyebabkan hilangnya data atau bahkan merusak rangkaian.