GSM là mạng điện thoại di động thiết kế gồm nhiều tế bào (cell) do đó các máy điện thoại di động kết nối với mạng bằng cách tìm kiếm các cell gần nó nhất. Các mạng di động GSM hoạt động trên 4 tần số. Hầu hết thì hoạt động ở tần số 900 MHz và 1800 MHz. Vài nước ở Châu Mỹ thì sử dụng tần số 850 MHz và 1900 MHz do tần số 900 MHz và 1800 MHz ở nơi này đã bị sử dụng trước.

Và cực kỳ hiếm có mạng nào sử dụng tần số 400 MHz hay 450 MHz chỉ có ở Scandinavia sử dụng do các băng tần khác đã bị cấp phát cho việc khác.

Các mạng sử dụng tần số 900 MHz thì đường lên (từ thuê bao di động đến trạm truyền dẫn uplink) sử dụng tần số trong dải 890–915 MHz và đường xuống downlink sử dụng tần số trong dải 935–960 MHz. Và chia các băng tần này thành 124 kênh với độ rộng băng thông 25 MHz, mỗi kênh cách nhau 1 khoảng 200 kHz. Khoảng cách song công (đường lên & xuống cho 1 thuê bao) là 45 MHz.

Ở một số nước, băng tần chuẩn GSM900 được mở rộng thành E-GSM, nhằm đạt được dải tần rộng hơn. E-GSM dùng 880–915 MHz cho đường lên và 925–960 MHz cho đường xuống. Như vậy, đã thêm được 50 kênh (đánh số 975 đến 1023 và 0) so với băng GSM-900 ban đầu. E-GSM cũng sử dụng công nghệ phân chia theo thời gian TDM (time division multiplexing), cho phép truyền 8 kênh thoại toàn tốc hay 16 kênh thoại bán tốc trên 1 kênh vô tuyến. Có 8 khe thời gian gộp lại gọi là một khung TDMA. Các kênh bán tốc sử dụng các khung luân phiên trong cùng khe thời gian. Tốc độ truyền dữ liệu cho cả tám kênh là 270.833 kbit/s và chu kỳ của một khung là 4.615 m.

Công suất phát của máy điện thoại được giới hạn tối đa là 2 watt đối với băng GSM 850/900 MHz và tối đa là 1 watt đối với băng GSM 1800/1900 MHz.

Mã hóa âm thanh

GSM sử dụng khá nhiều kiểu mã hóa thoại để nén tần số audio 3,1 kHz vào trong khoảng 6.5 and 13 kbit/s. Ban đầu, có 2 kiểu mã hoá là bán tốc (haft rate -5.6 kbps)và toàn tốc (Full Rate -13 kbit/s)). Để nén họ sử dụng hệ thống có tên là mã hóa dự đoán tuyến tính (linear predictive coding - LPC).

GSM được cải tiến hơn vào năm 1997 với mã hóa EFR (mã hóa toàn tốc cải tiến -Enhanced Full Rate), kênh toàn tốc nén còn 12.2 kbit/s. Sau đó, với sự phát triển của UMTS, EFR được tham số lại bởi kiểu mã hóa biến tốc, được gọi là AMR-Narrowband.

Có tất cả bốn kích thước cell site trong mạng GSM đó là macro, micro, pico và umbrella. Vùng phủ sóng của mỗi cell phụ thuộc nhiều vào môi trường. Macro cell được lắp trên cột cao hoặc trên các toà nhà cao tầng, micro cell lại được lắp ở các khu thành thị, khu dân cư, pico cell thì tầm phủ sóng chỉ khoảng vài chục mét trở lại nó thường được lắp để tiếp sóng trong nhà. Umbrella lắp bổ sung vào các vùng bị che khuất hay các vùng trống giữa các cell.

Bán kính phủ sóng của một cell tuỳ thuộc vào độ cao của anten, độ lợi anten thường thì nó có thể từ vài trăm mét tới vài chục km. Trong thực tế thì khả năng phủ sóng xa nhất của một trạm GSM là 35 km (22 dặm).

Một số khu vực trong nhà mà các anten ngoài trời không thề phủ sóng tới như nhà ga, sân bay, siêu thị... thì người ta sẽ dùng các trạm pico để chuyển tiếp sóng từ các anten ngoài trời vào.