基本結構
右圖給出ROM的基本結構，ROM主要由地址譯碼器、存儲體、讀出線及讀出放大器等部分組成。ROM是按地址尋址的存儲器，由CPU給出要訪問的存儲單元地址ROM的地址譯碼器是與門的組合，輸出是全部地址輸入的最小項（全譯碼）。n位地址碼經譯碼後2n種結果，驅動選擇2n個字,即W=2n。存儲體是由熔絲、二極管或晶體管等元件排成W*m的二維陣列（字位結構），共W個字，每個字m位。存儲體實際上是或門的組合，ROM的輸出線位數就是或門的個數。由于它工作時隻是讀出信息，因此可以不必設置寫入電路，這使得其存儲單元與讀出線路也比較簡單。
工作過程
右圖給出ROM的工作過程，CPU經地址總線送來要訪問的存儲單元地址，地址譯碼器根據輸入地址碼選擇某條字線，然後由它驅動該字線的各位線，讀出該字的各存儲位元所存儲的二進制代碼，送入讀出線輸出，再經數據線送至CPU。
特點
隻讀存儲器的特點是隻能讀出不能随意寫入信息，在主闆上的ROM裡面固化了一個基本輸入/輸出系統，稱為BIOS（基本輸入輸出系統）。其主要作用是完成對系統的加電自檢、系統中各功能模塊的初始化、系統的基本輸入/輸出的驅動程序及引導操作系統。
種類
ROM有多種類型，且每種隻讀存儲器都有各自的特性和适用範圍。從其制造工藝和功能上分，ROM有五種類型，即掩膜編程的隻讀存儲器MROM（Mask-programmedROM）、可編程的隻讀存儲器PROM（Programmable ROM）、可擦除可編程的隻讀存儲器EPROM（Erasable Programmable ROM）、可電擦除可編程的隻讀存儲器 EEPROM（Elecrically Erasable Programmable ROM）和快擦除讀寫存儲器（Flash Memory）。
掩膜編程的隻讀存儲器
掩膜隻讀存儲器（Mask ROM）中存儲的信息由生産廠家在掩膜工藝過程中“寫入”。在制造過程中，将資料以一特制光罩（Mask）燒錄于線路中，有時又稱為“光罩式隻讀内存”（Mask ROM），此内存的制造成本較低，常用于電腦中的開機啟動。其行線和列線的交點處都設置了MOS管，在制造時的最後一道掩膜工藝，按照規定的編碼布局來控制MOS管是否與行線、列線相連。相連者定為1（或0），未連者為0（或1），這種存儲器一旦由生産廠家制造完畢，用戶就無法修改。
MROM的主要優點是存儲内容固定，掉電後信息仍然存在,可靠性高。缺點是信息一次寫入（制造）後就不能修改，很不靈活且生産周期長，用戶與生産廠家之間的依賴性大。
可編程隻讀存儲器
可編程隻讀存儲器（Programmable ROM，PROM）允許用戶通過專用的設備（編程器）一次性寫入自己所需要的信息，其一般可編程一次，PROM存儲器出廠時各個存儲單元皆為1，或皆為0。用戶使用時，再使用編程的方法使PROM存儲所需要的數據。
PROM的種類很多，需要用電和光照的方法來編寫與存放的程序和信息。但僅僅隻能編寫一次，第一次寫入的信息就被永久性地保存起來。例如，雙極性PROM有兩種結構：一種是熔絲燒斷型，一種是PN結擊穿型。它們隻能進行一次性改寫，一旦編程完畢，其内容便是永久性的。由于可靠性差，又是一次性編程，較少使用。PROM中的程序和數據是由用戶利用專用設備自行寫入，一經寫入無法更改，永久保存。PROM具有一定的靈活性，适合小批量生産，常用于工業控制機或電器中。
可編程可擦除隻讀存儲器
可編程可擦除隻讀存儲器（Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM）可多次編程，是一種以讀為主的可寫可讀的存儲器。是一種便于用戶根據需要來寫入，并能把已寫入的内容擦去後再改寫的ROM。其存儲的信息可以由用戶自行加電編寫，也可以利用紫外線光源或脈沖電流等方法先将原存的信息擦除，然後用寫入器重新寫入新的信息。 EPROM比MROM和PROM更方便、靈活、經濟實惠。但是EPROM采用MOS管，速度較慢。
擦除遠存儲内容的方法可以采用以下方法：電的方法（稱電可改寫ROM）或用紫外線照射的方法（稱光可改寫ROM）。光可改寫ROM可利用高電壓将資料編程寫入，抹除時将線路曝光于紫外線下，則資料可被清空，并且可重複使用，通常在封裝外殼上會預留一個石英透明窗以方便曝光。
電可擦除可編程隻讀存儲器
電可擦可編程序隻讀存儲器（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM）是一種随時可寫入而無須擦除原先内容的存儲器，其寫操作比讀操作時間要長得多，EEPROM把不易丢失數據和修改靈活的優點組合起來，修改時隻需使用普通的控制、地址和數據總線。EEPROM運作原理類似EPROM，但抹除的方式是使用高電場來完成，因此不需要透明窗。 EEPROM比 EPROM貴，集成度低，成本較高，一般用于保存系統設置的參數、IC卡上存儲信息、電視機或空調中的控制器。但由于其可以在線修改，所以可靠性不如 EPROM。
快擦除讀寫存儲器
快擦除讀寫存儲器( Flash Memory)是英特爾公司90年代中期發明的一種高密度、非易失性的讀/寫半導體存儲器它既有EEPROM的特點，又有RAM的特點，是一種全新的存儲結構，俗稱快閃存儲器。它在20世紀80年代中後期首次推出，快閃存儲器的價格和功能介于 EPROM和EEPROM之間。與 EEPROM一樣，快閃存儲器使用電可擦技術，整個快閃存儲器可以在一秒鐘至幾秒内被擦除，速度比 EPROM快得多。另外，它能擦除存儲器中的某些塊，而不是整塊芯片。然而快閃存儲器不提供字節級的擦除，與 EPROM一樣，快閃存儲器每位隻使用一個晶體管，因此能獲得與 EPROM一樣的高密度(與 EEPROM相比較)。“閃存”芯片采用單一電源（3V或者5V）供電，擦除和編程所需的特殊電壓由芯片内部産生，因此可以在線系統擦除與編程。“閃存”也是典型的非易失性存儲器，在正常使用情況下，其浮置栅中所存電子可保存100年而不丢失。
目前，閃存已廣泛用于制作各種移動存儲器，如U盤及數碼相機/攝像機所用的存儲卡等。
一次編程隻讀内存
一次編程隻讀内存（One Time Programmable Read Only Memory，OPTROM）之寫入原理同EPROM，但是為了節省成本，編程寫入之後就不再抹除，因此不設置透明窗。
使用範圍
RAM-RandomAccessMemory易揮發性随機存取存儲器，高速存取，讀寫時間相等，且與地址無關，如計算機内存等。
ROM-Read Only Memory隻讀存儲器。斷電後信息不丢失，如計算機啟動用的BIOS芯片。存取速度很低，（較RAM而言）且不能改寫。由于不能改寫信息，不能升級，現已很少使用。
EPROM,EEPROM,Flash ROM(NOR Flash 和 NADN Flash)，性能同ROM，但可改寫，一般讀比寫快，寫需要比讀高的電壓，（讀5V寫12V）但Flash可以在相同電壓下讀寫，且容量大成本低，如U盤MP3中使用廣泛。在計算機系統裡，RAM一般用作内存，ROM用來存放一些硬件的驅動程序，也就是固件。
ROM的工作原理
地址譯碼器根據輸入地址選擇某條輸出(稱字線)，由它再去驅動該字線的各位線，以便讀出字線上各存儲單元所儲存的代碼。下圖a是以熔絲為存儲元件的8×4ROM(通常以“字線×位線”來表示存儲器的存儲容量)的原理圖。它以保留熔絲表示存入的是“0”，以熔斷熔絲表示存入的是“1”。例如，存入字1的是“1011”。在ROM中，一般都設置片選端(也有寫作的)。當=0時ROM工作；當=1，ROM被禁止，其輸出為“1”電平或呈高阻态。用來擴展ROM的字數。
ROM的地址譯碼器是與門的組合，它的輸出是全部地址輸入的最小項。可以把譯碼器表示成圖b所示的與陣列，圖中與陣列水平線和垂直線交叉處标的“點”表示有“與”的聯系。存儲單元體實際上是或門的組合，ROM的輸出數即或門的個數。譯碼器的每個最小項都可能是或門的輸入，但是，某個最小項能否成為或門的輸入取決于存儲信息，因此存儲單元體可看成是一個或陣列。
由上分析，可以從另一角度來看ROM的結構：它由兩個陣列組成——“與”門陣列和“或”門陣列，其中“或”的内容是由用戶設置的，因而它是可編程的，而與陣列是用來形成全部最小項的，因而是不可編程的。
ROM的形式也有多種。一種是熔絲型ROM，ROM制造廠提供的産品保留了或陣列的全部熔絲，由使用者寫入信息，随後存儲内容就不能更改了，這類ROM稱為可編程序隻讀存儲器，簡稱PROM。
另一類ROM是信息寫入後，可用紫外線照射或用電方法擦除，然後再允許寫入新的内容，稱前一種ROM為可改寫ROM，簡稱EPROM，稱後者為電可改寫ROM，簡稱EEPROM。
還有一類ROM的存儲信息是在制造過程中形成的，集成電路制造廠根據用戶事先提供的存儲内容來設計光刻掩模闆，用制造或不制造存儲元件的方法來存儲信息，這類ROM稱為“掩模型隻讀存儲器”，簡稱MROM。
