以太坊当前整体运行机制是以权益证明PoS为共识底层，采用执行层与共识层双层架构，依托账户模型、以太坊虚拟机EVM、Gas费用体系共同驱动，依靠智能合约实现链上可编程逻辑，所有交易执行结果同步更新全网统一账本状态。
以太坊在2022年完成合并升级后正式摒弃工作量证明挖矿模式，信标链作为共识层负责网络共识工作。想要成为网络验证者，参与者需要质押32枚ETH进入官方质押合约，验证者会按照固定时隙参与新区块提议、跨节点投票确认。网络以时隙和纪元划分时间周期，单个时隙时长12秒，验证者委员会随机分配任务，出现双重投票、伪造区块等恶意行为时，质押资产会遭到罚没，依靠经济约束保障网络安全。共识层本身不处理交易计算，仅负责区块合法性确认，所有交易运算工作交由执行层完成，两层客户端通过标准化接口持续通信，同步区块与账本数据。
以太坊采用账户模型记录全网资产状态，分为外部拥有账户与合约账户两大类，也是区别于比特币UTXO模型的关键。外部账户由私钥掌控，普通用户钱包地址均属于此类，只有外部账户能够主动发起链上交易；合约账户部署在链上，绑定智能合约字节码，不存在私钥，仅能在收到外部交易或者其他合约调用后执行代码。每一个账户都会记录余额、交易计数器nonce、代码标识与持久化存储数据，nonce机制能够有效防止同一笔交易被重复广播执行，保障转账与合约调用安全。用户发起转账、调用DeFi合约等操作，本质就是向目标账户发起一笔签名交易。
EVM以太坊虚拟机是以太坊实现智能合约的核心载体，属于图灵完备的隔离运行环境。开发者使用Solidity编写合约代码后，编译为EVM字节码部署上链，当交易触发合约时，全网所有节点的EVM会同步执行相同指令，保证执行结果全网一致。为避免恶意代码无限循环消耗网络资源，以太坊设计Gas计费机制，每一项运算指令对应固定Gas消耗数值，简单转账基础消耗为21000Gas，数据存储、复杂逻辑运算会消耗更多Gas。交易执行时Gas耗尽会直接终止运算，所有状态变更全部回滚，但已经消耗的Gas不予退还，以此约束参与者合理使用区块链算力资源。
一笔完整的以太坊链上交互遵循固定流程：外部账户使用私钥签名交易并广播至P2P网络，节点将交易放入交易池等待打包；共识层选出的验证者从交易池选取有效交易，传递至执行层运算，由EVM逐条执行交易指令，更新相关账户资产与合约存储状态；运算完成后生成执行回执，连同交易数据打包形成新区块，全网验证者对区块有效性完成共识投票，确认无误后区块正式上链，账本状态永久更新。大量链上应用、代币协议、去中心化交易平台，全部依托这套完整机制持续运转。
