“比特币区块链”指的是由比特币网络里参与挖矿的节点共同构建起来的交易数据库。区块链上有由网络中的节点进行验证和处理过的交易。通过区块链，任何人都可以计算并建立起一个账本，这里记录着所有已确认的交易；当有新的区块被挖出，我们就需要对账本更新一次。

每个区块都有对其前一个区块进行引用的字段，这就形成了一条从创世区块到当前最新一个区块的链式结构。当一个区块被构造出来一段时间之后，想要修改这个区块上的内容需要付出巨大的计算量，所以修改区块内容在计算层面上是不现实的。

节点会选择在最长的工作量证明链上的最新的那个有效区块之上，构造自己的新区块，从而延长整个区块链。节点可通过拒绝在某个区块上进行挖矿来表示自己对这个区块的质疑。若某个区块最终没有成为最长工作量证明链的一部分，这个区块就被称为孤块。

对于区块链上的任一区块来说，只有唯一的路径可以回到创世区块。然而，以创世区块为起点，区块链是可以产生分叉的。当两个有效区块的构造时间仅仅相隔几秒时，区块链就会时不时地产生分叉，这就引发了所谓的孤块竞赛。当这种情况发生时，每个节点都试图在它们最先收到的区块上构建新区块。这会对节点产生强烈的激励，让节点形成近完全图的结构，这样的结构可以缩短区块广播的时间。当一个新区块被挖出时，它所在的链有更大的机会成为最长链，从而孤立它的竞争对手。

当节点在网络规则方面存在不同意见时，分叉也可能发生。由于节点管理者之间的意见分歧，比特币发生了两次著名的分叉。第一次分叉发生在2017年，在比特币核心（Bitcoin Core）节点选择将“隔离见证”技术纳入BTC网络规则后，比特币产生了一条名为BCH的分叉。第二次分叉发生在2018年11月，原因则是BitcoinABC节点想要实施与比特币原始协议不一致的新操作码和新的共识规则。

较短链（非最长链）与无效链上的区块是没有用的，节点在构造这些区块时所付出的工作量最终都将会被废弃。因此如果一个节点在构造新区块的过程中，检测到了一条更长的链，那么它在较短链上的未完成区块中的所有有效交易都将被重新释放回交易池中，等待被打包进新的区块。由于较短链上的挖矿奖励不会出现在最长链上，因此这些奖励实际上是会消失的，这就是为什么对于coinbase交易，网络强制规定了100个区块的成熟时间。也就是说，在coinbase交易产生的100个区块之后，这笔coinbase交易里的奖励才可以被花费。

因为比特币协议规定每个区块只能引用一个前序区块，所以两条分叉链是不可能合并的。

新的区块通过比特币网络协议广播至网络上所有的节点。