Moduły pamięci Flash to połączone ze sobą liczne komórki pamięci, które zawierają dodatkowe kontrolery sterujące operacjami: zapisu, odczytu czy detekcji i kontroli błędów. W celu zrozumienia budowy i zasady działania komórki pamięci Flash najlepiej jest przeanalizować budowę półprzewodnikowego tranzystora polowego.

Rys. 2.Pojedyncza komórka pamięci. 

Typowy tranzystor polowy (np. MOS-fet) ma jako „element sterujący” część zwaną bramką (G - gate na rys.2). W zależności od potencjału na bramce tranzystora istnieje przepływ prądu z drenu (D – drain) do źródła (S – source) lub jest on uniemożliwiony (bądź ograniczony) przez ładunki zgromadzone w bramce.  

Każda komórka pamięci Flash ma dwie bramki: sterującą (połączoną z linią słowa) i bramkę swobodną (otoczoną ze wszystkich stron izolatorem). Poprzez podanie odpowiednio wysokiego napięcia na dren oraz bramkę sterującą, następuje zapis danych w komórce pamięci – wpisanie logicznego „0”. Odbywa się to w ten sposób, że tzw. gorące elektrony przebijają się przez barierę potencjału do bramki swobodnej i zostają w niej zatrzymane. Po odcięciu zasilania pamięci Flash, znika napięcie na drenie i bramce sterującej, lecz nadal zachowana jest informacja w komórce, gdyż elektrony są zatrzymywane w bramce swobodnej. Kasowanie danych z komórki pamięci Flash jest możliwe dzięki temu, że odległość pomiędzy bramką swobodną, a drenem tranzystora pamiętającego jest bardzo cienka. Przy dużej różnicy potencjałów pomiędzy mini występuje efekt tzw. tunelowania na zimno elektronów z kanału do bramki - zjawisko tunelowe Fowlera-Nordheima – następuje wpisanie „1”.