Do hầu hết các cơ sở dữ liệu NoSQL thiếu khả năng kết nối trong các truy vấn, lược đồ cơ sở dữ liệu nói chung cần phải được thiết kế khác nhau. Có ba kỹ thuật chính để xử lý dữ liệu quan hệ trong một cơ sở dữ liệu NoSQL. (Xem bảng hỗ trợ Join và ACID cho cơ sở dữ liệu NoSQL có hỗ trợ các join.)

Đa truy vấn

Thay vì lấy tất cả các dữ liệu với một truy vấn, ta thường thực hiện nhiều truy vấn khác nhau để có được các dữ liệu mong muốn. Các truy vấn NoSQL thường nhanh hơn so với truy vấn SQL truyền thống vì vậy chi phí của việc phải thực hiện các truy vấn bổ sung có thể chấp nhận được. Nếu số lượng truy vấn quá nhiều là cần thiết, một trong hai phương pháp khác sẽ thích hợp hơn.

Dữ liệu bộ nhớ đệm/sao chép/không-chuẩn hoá

Thay vì chỉ lưu giữ các từ khóa ngoại lai, ta thường lưu trữ các giá trị thực tế ngoại lai cùng với dữ liệu của mô hình. Ví dụ, mỗi bình luận blog có thể bao gồm tên người dùng, thêm vào đó là một id người dùng, do đó ta dễ dàng truy cập đến tên người dùng mà không cần phải có bất kỳ tra cứu nào khác. Khi một tên người dùng thay đổi tuy nhiên, điều này giờ đây sẽ cần phải được thay đổi ở nhiều nơi trong cơ sở dữ liệu. Vì vậy phương pháp này hoạt động tốt hơn khi việc đọc là phổ biến hơn nhiều so với việc ghi.[27]

Nesting data

With document databases like MongoDB it's common to put more data in a smaller number of collections. For example, in a blogging application, one might choose to store comments within the blog post document so that with a single retrieval one gets all the comments. Thus in this approach a single document contains all the data you need for a specific task.