Bluetooth arbeitet auf der Basis von Funkwellen. Bluetooth aktiviert einen Funksender, der im begrenzten Frequenzband von 2,4 GHz arbeitet. Dieser Teil des Spektrums heißt ISM - Industrie, Science (Wissenschaft) und Medizin - und wird in verschiedenen Haushaltsgeräten und drahtlosen Netzwerken verwendet. Sobald der Funksender aktiviert ist, beginnt er, alle Signale in diesem Bereich zu verfolgen. Das zweite Gerät tut dasselbe. Sobald sich die Geräte gegenseitig erkannt haben, übernimmt das erste Gerät die Funktion des Senders und das zweite Gerät die des Empfängers. Dabei werden die Daten mit einem speziellen Algorithmus FHSS übertragen, der gegen Breitbandinterferenzen resistent ist. Nach diesem Algorithmus springt die Frequenz des Bluetooth-Signals 1600 Mal pro Sekunde von einer der 79 verfügbaren Frequenzen auf die andere. Die Abfolge der Schaltfrequenzen für jede Verbindung ist pseudozufällig und nur dem Sender und Empfänger bekannt, die sich alle 625 Mikrosekunden synchron von einer Frequenz zur anderen einstellen. Wenn also mehrere Sender-Empfänger-Paare zusammen arbeiten, stören sie sich nicht gegenseitig. Dieser Algorithmus ist ebenfalls Teil des Übertragungssicherheitssystems.

Vor dem Senden über Bluetooth werden die Daten in spezielle Blöcke, die Pakete genannt werden, zerlegt und mit Anweisungen versehen, wie die Quelldatei daraus zusammengesetzt werden soll. Der Empfängerprozessor verarbeitet die Pakete, erstellt daraus eine Datei und legt sie im permanenten Speicher des Geräts ab.

Für die Übertragung von digitalen Daten und Audiosignalen werden unterschiedliche Kodierungsschemata verwendet: Das Audiosignal wird nicht wiederholt, und die digitalen Daten werden erneut übertragen, wenn das Informationspaket verloren geht.

Derzeit ist die aktuelle Version von Bluetooth die Spezifikation 5.0. Es wurde im Juni 2018 in London eingeführt und zeichnet sich durch eine erweiterte Reichweite (bis zu 40 Meter in Gebäuden und 200 Meter im Freien) und eine Datenübertragungsrate von 6,25 MB/s aus. Bluetooth 5.0 wird bereits von einer Reihe von mobilen Geräten wie bereits ab dem iPhone 8 und dem iPhone X unterstützt.