Một file system bao gồm hai hoặc ba lớp. Đôi khi các lớp được phân tách rõ ràng và đôi khi các chức năng được kết hợp.[8]

Lớp file system logic (logical file system) chịu trách nhiệm tương tác với ứng dụng người dùng. Nó cung cấp giao diện chương trình ứng dụng (API) cho các thao tác với file như OPEN, CLOSE, READ,... và chuyển thao tác được yêu cầu đến lớp bên dưới để xử lý. File system logic quản lý việc mở các mục trong bảng file (file table) và các mô tả file (file descriptor) của từng tiến trình (process)."[9][10] Lớp này cung cấp "quyền truy cập file, hoạt động thư mục, [và] bảo mật và bảo vệ."

Lớp tùy chọn thứ hai là file system ảo (virtual file system). Giao diện này hỗ trợ nhiều đối tượng (instance) đồng thời của các file system vật lý (physical file system), mỗi phiên đối tượng khi đó gọi là file system thực thi (file system implementation).[9]

Lớp thứ ba là file system vật lý (physical file system). Lớp này liên quan đến hoạt động vật lý của thiết bị lưu trữ (ví dụ: đĩa). Nó xử lý các khối vật lý đang được đọc hoặc ghi. Nó xử lý bộ đệm và quản lý bộ nhớ và chịu trách nhiệm cho việc đặt các khối vật lý vào các vị trí cụ thể trên phương tiện lưu trữ. Hệ thống tệp vật lý tương tác với trình điều khiển thiết bị hoặc với kênh để điều khiển thiết bị lưu trữ.