只读存储器ROM所存数据，一般是装入整机前事先写好的，整机工作过程中只能读出，而不像随机存储器那样能快速地、方便地加以改写。ROM所存数据稳定，断电后所存数据也不会改变；其结构较简单，读出较方便，因而常用于存储各种固定程序和数据。除少数品种的只读存储器（如字符发生器）可以通用之外，不同用户所需只读存储器的内容不同。为便于使用和大批量生产 ，进一步发展了可编程只读存储器（PROM）、可擦可编程序只读存储器（EPROM）和电可擦可编程只读存储器（EEPROM）。EPROM需用紫外光长时间照射才能擦除，使用很不方便。20世纪80年代制出的 EEPROM，克服了EPROM的不足，但集成度不高，价格较贵。于是又开发出一种新型的存储单元结构同EPROM相似的快闪存储器。其集成度高、功耗低、体积小，又能在线快速擦除，因而获得飞速发展，并有可能取代现行的硬盘和软盘而成为主要的大容量存储媒体。大部分只读存储器用金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管制成。
ROM主要由地址译码器和存储单元体组成(如图)。由于它工作时只是读出信息，因此可以通过设置或不设置如三极管、二极管、熔丝等元件来表示存入的二进制信息，它的存储单元及其读出线路都比较简单。
地址译码器根据输入地址选择某条输出(称字线)，由它再去驱动该字线的各位线，以便读出字线上各存储单元所储存的代码。下图a是以熔丝为存储元件的8×4ROM(通常以“字线×位线”来表示存储器的存储容量)的原理图。它以保留熔丝表示存入的是“0”，以熔断熔丝表示存入的是“1”。例如，存入字1的是“1011”。在ROM中，一般都设置片选端 (也有写作 的)。当 =0时ROM工作；当 =1，ROM被禁止，其输出为“1”电平或呈高阻态。 用来扩展ROM的字数。
只读存储器ROM的地址译码器是与门的组合，它的输出是全部地址输入的最小项。可以把译码器表示成图b所示的与阵列，图中与阵列水平线和垂直线交叉处标的“点”表示有“与”的联系。存储单元体实际上是或门的组合，ROM的输出数即或门的个数。译码器的每个最小项都可能是或门的输入，但是，某个最小项能否成为或门的输入取决于存储信息，因此存储单元体可看成是一个或阵列。由上分析，可以从另一角度来看ROM的结构：它由两个阵列组成——“与”门阵列和“或”门阵列，其中“或”的内容是由用户设置的，因而它是可编程的，而与阵列是用来形成全部最小项的，因而是不可编程的。
ROM的形式也有多种。一种是熔丝型ROM，ROM制造厂提供的产品保留了或阵列的全部熔丝，由使用者写入信息，随后存储内容就不能更改了，这类ROM称为可编程序只读存储器，简称PROM。另一类ROM是信息写入后，可用紫外线照射或用电方法擦除，然后再允许写入新的内容，称前一种ROM为可改写ROM，简称EPROM，称后者为电可改写ROM，简称EEPROM。还有一类ROM的存储信息是在制造过程中形成的，集成电路制造厂根据用户事先提供的存储内容来设计光刻掩模板，用制造或不制造存储元件的方法来存储信息，这类ROM称为“掩模型只读存储器”，简称MROM。
