比特币挖矿的本质，不是凭空制造数字货币，而是矿工用算力竞争新区块的记账权，并通过工作量证明为交易排序、网络安全和货币发行提供一套无需中心机构的协调机制。交易被广播后，会先进入节点的内存池；矿工从中挑选交易，组装候选区块，再不断修改区块头中的随机数与额外数据，计算哈希值，直到结果低于网络设定的目标值。这个过程没有捷径，单次计算的结果近似随机，算力越高，单位时间内试出的次数越多，找到有效区块的概率也越大。
一枚比特币区块并不只是交易列表，真正参与工作量证明的是长度为80字节的区块头，其中包含版本号、前一区块哈希、默克尔根、时间戳、难度目标和Nonce等字段。默克尔根把区块内的交易压缩成一个摘要，交易内容只要发生细微变化，最终哈希就会完全不同；前一区块哈希则把新区块接在既有链条之后。矿机反复尝试Nonce，若Nonce空间用尽，矿池软件还会调整Coinbase交易中的ExtraNonce，进而改变默克尔根，继续展开新的哈希搜索。
网络不会固定一道难题让矿工永远计算，而是动态调整难度，使出块速度长期维持在平均约10分钟一个。比特币每2016个区块调整一次难度，目标时间约为两周：前一轮出块过快，目标值收紧，挖矿难度上升；出块过慢，难度则会下降。这里的10分钟是统计平均值，不代表每个区块都准时出现，连续几分钟没有新区块，或短时间内接连出现多个区块，都属于正常波动。节点收到新区块后，会检查交易签名、输入是否重复花费、区块奖励是否超额以及工作量证明是否达标，只有通过规则验证的区块才会被纳入链上。
矿工收入主要由区块补贴和交易手续费构成。2024年4月20日完成第四次减半后，每个新区块的基础补贴降至3.125 BTC，下一次减半预计发生在2028年，届时补贴将降至1.5625 BTC。补贴每210000个区块减少一半，新增比特币因此按照预设节奏递减，总量上限为2100万枚。对矿工而言，减半并不等于立即停止运行，但会直接压缩收入，电价、矿机能效、散热成本、设备折旧和比特币价格，都会影响盈亏平衡线。
在早期，普通电脑也能参与比特币挖矿，如今竞争已经转向专用ASIC矿机和规模化运营。单个矿工独自挖到区块的概率与其算力占全网算力的比例大致相关，收入波动可能极大，因此行业普遍通过矿池协作。矿池向矿工分配难度较低的份额，用来证明设备完成了相应工作，再按照算力贡献结算收益；真正符合全网难度的份额，才会成为有效区块。新区块写入后，后续区块越多，篡改旧交易就越困难，因为攻击者必须重做相关工作量证明并追赶诚实链条。也正因比特币挖矿既是发行机制，也是维持去中心化账本可信度的安全成本。
