Những số không phải là số nguyên có thể được biểu thị bằng số mũ âm, và dùng dấu tách biệt phân số (dấu "phẩy") làm cho chúng biệt lập khỏi các con số khác. Lấy ví dụ, số nhị phân 11,012 có nghĩa là:

1 × 21	(1 × 2 = 2)	cộng
1 × 20	(1 × 1 = 1)	cộng
0 × 2−1	(0 × ½ = 0)	cộng
1 × 2−2	(1 × ¼ = 0,25)

Tổng số là 3,25 trong hệ thập phân.

Tất cả các nhị thức số hữu tỷ p 2 a {\displaystyle {\frac {p}{2^{a}}}} đều có một số nhị phân hữu hạn— Biểu thức nhị phân có một dãy số giới hạn sau điểm chia phân số (radix point). Các số hữu tỷ khác cũng có biểu thị nhị phân (binary representation), song thay vì là một dãy số hữu hạn, một loạt dãy các con số hữu hạn được lặp đi lặp lại, theo một tiến trình vô hạn. Chẳng hạn:

1 3 {\displaystyle {\frac {1}{3}}} = 1 2 11 2 {\displaystyle {\frac {1_{2}}{11_{2}}}} = 0.0101010101...2 12 17 {\displaystyle {\frac {12}{17}}} = 1100 2 10001 2 {\displaystyle {\frac {1100_{2}}{10001_{2}}}} = 0.10110100 10110100 10110100...2

Hiện tượng biểu thị nhị phân cho một phân thức có thể là một dãy số hữu hạn (terminating) hoặc là một dãy số vô hạn cũng được thấy trong các hệ số dựa trên cơ số khác (radix-based numeral systems). Xem thêm phần giải thích như trong bản phân tích về hệ thập phân. Một biểu hiện tương tự các cách biểu thị phân số hữu hạn, dựa vào thực tế 0,111111... là tổng của cấp số nhân (geometric series) 2−1 + 2−2 + 2−3 +... tức là 1.

Số nhị phân vừa không phải là số hữu hạn, cũng không phải là số vô hạn thì được gọi là số vô tỷ (irrational number). Chẳng hạn:

• 0.10100100010000100000100.... dãy số có mô hình nhắc lại, nhưng dãy số mô hình nhắc lại này không có giới hạn về số lượng, cho nên được gọi là số vô tỷ
• 1.0110101000001001111001100110011111110... là một biểu thức nhị phân của 2 {\displaystyle {\sqrt {2}}} (căn bậc hai của 2), một số vô tỷ khác. Số vô tỷ này không có mô hình nhắc lại có thể nhận dạng, song để chứng minh rằng 2 {\displaystyle {\sqrt {2}}} là một số vô tỷ thì chúng ta phải đòi hỏi bằng chứng hơn thế này nữa. Xin xem trong bài về số vô tỷ để được rõ thêm.