Zoals gezegd is de blockchain de heilige graal van het bitcoinsysteem. Dit grootboek bevat een reusachtige lijst met bitcointransacties. Strikt genomen bestaan bitcoins niet; er bestaan slechts records van transacties tussen rekeningen, waarbij de tegoeden op deze rekeningen kunnen toe- of afnemen.
Rekeningen worden uitgedrukt in bitcoinadressen. Deze worden willekeurig gegenereerd in de vorm van een reeks cijfers en letters, bijvoorbeeld 1Bt5zxFK7QzVjRvafZF9s6UbEL3rvnv75E. Daarmee zijn ze, in tegenstelling tot normale bankrekeningen, direct en anoniem te openen. De eigenaar beveiligt zijn rekening, ook wel wallet genoemd, met een privésleutel.
Bij het uitvoeren van een transactie komt een rekeninghouder met de informatie dat partij x een bedrag van y bitcoins aan begunstigde z wil overmaken. De rekeninghouder ondertekent deze informatie met behulp van de privésleutel van de eigenaar en verstuurt deze naar andere bitcoin-gebruikers op het netwerk.
De gebruikte waarden kunnen theoretisch gezien net zo goed voor euro's worden gebruikt
Als de transactie in de blockchain aankomt, dit kan met allerlei gratis software, begint de 'magie' van het blockchain-mechanisme. Dankzij de decentrale opzet op basis van een peer-to-peer-architectuur wordt van elke transactie, die samen met andere transacties in zogeheten blocks wordt geplaatst, gecontroleerd of deze legitiem is. Dit gebeurt onder andere door zogeheten miners, deelnemers aan het bitcoinnetwerk die voor hun controlerende functie met bitcoins worden beloond door het algoritme. Als de miners een transactie het groene licht geven, dan wordt de transactie vereeuwigd doordat zij in de blockchain wordt opgenomen. Wordt er met een transactie geknoeid, dan zal er geen consensus zijn tussen de nodes in het netwerk en wordt zij geweigerd voor registratie in het grootboek.
Door de opzet van het bitcoinprotocol kan het saldo van een specifiek bitcoinadres niet direct opgevraagd worden. Daarvoor moeten oudere records uit de blockchain worden verzameld. Daarnaast duurt het gemiddeld tien minuten voordat miners een transactie binnen een block hebben goedgekeurd en moeten er in sommige gevallen transactiekosten worden betaald, al zijn die veelal erg laag.
De blockchain vormt daarmee in feite een 'gedeelde bron van waarheid'. Bovendien is de blockchain neutraal. Hij wordt nu vooral gebruikt voor bitcoins, maar de gebruikte waarden kunnen theoretisch gezien binnen dezelfde blockchain net zo goed voor euro's worden gebruikt.
Voor andere toepassingen dan bitcoins kunnen losse blockchains en nieuwe cryptovaluta's worden bedacht. Dit is in de afgelopen jaren gebeurd met tal van nieuwe cryptovaluta's, zoals de zogeheten altcoins. Zo ontstonden bijvoorbeeld in de periode rond de eurocrisis de Guldencoin en de Deutsche eMark, beide altcoins waarbij nostalgie naar de geschrapte nationale valuta een rol speelt. Ook dook in 2013 de Dogecoin op, een altcoin die zijn naam ontleent aan de Doge-meme. Inmiddels kun je kiezen uit tientallen altcoins, maar het praktische nut daarvan blijft over het algemeen ver achter op dat van de bitcoin.