流水线处理器由一系列 m 个数据处理电路组成，称为阶段或段，它们共同对通过它们的数据操作数流执行单个操作。每个阶段都会进行一些处理，但只有在操作数集通过整个管道后才能获得最终结果。如图所示，级 S (i)包含一个多字输入寄存器或锁存器 R (i)和一个数据通路电路 C (i) ，通常是组合的。 R (i)保存部分处理的结果，因为它们在管道中移动；它们还可以作为缓冲，防止相邻阶段相互干扰。
公共时钟信号使 R (i)同步改变状态。每个 R (i)的同步改变状态。每个 R (i)从前一级 S (i-1 ) 接收一组新的输入数据 D (i-1) ，但 R (1)的数据是从外部源提供的。 D (i-1)表示C (i-1)在前一个时钟周期计算的结果。一旦 D (i-1)被加载到 R (i) 中，C (i) 就进入 D (i-1)以计算新的数据集 D (i) 。因此，在每个时钟周期内，每个阶段都将其先前的结果传输到下一个阶段，并计算出一组新的结果。
