Сначала перед скачиванием клиент подсоединяется к трекеру, сообщает ему свой адрес и хеш-сумму запрашиваемого файла, на что в ответ клиент приобретает адреса других клиентов, скачивающих или раздающих этот же файл. Потом клиент периодически информирует трекер о ходе процесса и принимает обновлённый список адресов.

Клиенты связываются друг с другом и обмениваются сегментами файлов без непосредственного участия трекера, который лишь регулярно обновляет информацию о подключившихся к обмену клиентах и прочую статистическую информацию. Для результативной работы сети BitTorrent необходимо, чтобы как можно больше клиентов были способны принимать входящие соединения. Ошибочная настройка NAT или брандмауэра могут этому помешать.

При соединении клиенты безотложно обмениваются информацией об имеющихся у них сегментах. Клиент, хотящий скачать сегмент, посылает запрос и, если второй клиент расположен отдавать, получает этот сегмент. После этого клиент обследует контрольную сумму сегмента и оповещает всех присоединённых пиров о присутствии у него этого сегмента.

Каждый клиент имеет возможность на время блокировать отдачу другому клиенту (англ. choke). Это делается для более результативного использования канала отдачи. Кроме того, при выборе — кого разблокировать, предпочтение передается пирам, которые сами передали этому клиенту много сегментов. Таким образом, пиры с неплохими скоростями отдачи поощряют друг друга по принципу «ты — мне, я — тебе».

Обмениваться сегментами ведётся по принципу «ты — мне, я — тебе» симметрично в двух направлениях и в произвольном порядке. Клиенты периодически сообщают друг другу об наблюдающихся у них сегментах. Обмен данными возникает, когда обе стороны в нём заинтересованы, то есть каждая из сторон имеет сегменты, которых нет у другой. Число переданных сегментов подсчитывается, и если одна из сторон выявляет, что передаёт в среднем больше, чем принимает, она блокирует (англ. choke) отдачу. Подобным образом, в протокол заложена защита от личеров.

При получении полного файла клиент переключается в специальный режим работы, в котором он только отдаёт данные (становится сидом).