在 RS-232 串行端口，电压是双极性的（相对于地为正或负），幅度应约为 12 伏特（有些为 5 或 10 伏特）。对于发送和接收引脚，+12 伏特是 0 位（有时称为“空号”），-12 伏特是 1 位（有时称为“传号”）。这被称为反相逻辑，因为通常 0 位既是假又是负的，而 1 位通常既是真又是正的。虽然接收和发送引脚是反相逻辑，但其他引脚（调制解调器控制线）是正常逻辑，正电压为真（或“开”或“置位”），负电压为假（或“关”或“复位”）。零电压没有意义（除非它通常意味着设备已断电）。
允许一定的电压范围。规范指出，发送信号的幅度应在 5 到 15 伏特之间，但绝不能超过 25 伏特。任何接收到的电压低于 3 伏特都是未定义的（但有些设备会接受较低的电压作为有效电压）。有时会看到错误的说法，认为电压通常为 5 伏特（甚至 3 伏特），但它通常为 11-12 伏特。如果您在 Mac 计算机上使用 EIA-422 (RS-422) 端口作为 RS-232（需要特殊电缆）或 EIA-423 (RS-423)，则电压实际上仅为 5 V。此处的讨论假设为 12 V。
请注意，正常的计算机逻辑通常只有几伏特（5 伏特曾经是标准），因此，如果您尝试在串行端口的 12 伏特电压上使用专为测试 3-5 伏特计算机逻辑 (TTL) 设计的测试设备，可能会损坏测试设备。
当没有发送任何内容时，发送引脚 (TxD) 保持在 -12 V（传号）空闲状态。为了启动一个字节，它跳到 +12 V（空号）作为起始位，并在起始位的持续时间（周期）内保持在 +12 V。接下来是数据字节的低位。如果它是 0 位，则不会发生任何变化，线路在另一个位周期内保持在 +12 V。如果它是 1 位，则电压从 +12 V 跳到 -12 V。之后是下一个位（如果是 1 则为 -12 V，如果是 0 则为 +12 V），等等。在最后一个数据位之后，可以发送奇偶校验位，然后发送 -12 V（传号）停止位。然后线路保持在 -12 V（空闲）状态，直到下一个起始位。请注意，没有返回到 0 伏特，因此没有简单的方法（除了同步信号）来判断两个连续位极性相同（都为零或都为一）的情况下，一个位在哪里结束，下一个位在哪里开始。
第二个停止位也将是 -12 V，与第一个停止位相同。由于没有信号来标记这些位之间的边界，因此第二个停止位的唯一效果是线路必须保持 -12 V 空闲状态两倍的时间。接收器无法检测到第二个停止位和字节之间更长空闲时间的区别。因此，如果一端使用一个停止位，另一端使用 2 个停止位，则通信仍然可以正常工作，但仅使用一个停止位显然更快。在极少数情况下，使用 1 1/2 个停止位。这意味着线路保持在 -12 V 状态 1 1/2 个时间周期（就像停止位比正常情况宽 50%）。
字符通常以 7 位或 8 位数据传输。可以（也可以不）将额外的奇偶校验位附加到此结果中，从而产生 7、8 或 9 位的字节长度。某些终端仿真器和较旧的终端不允许 9 位。如果使用 2 个停止位，则有些禁止 9 位（因为这将使总位数太大：加上起始位后总共 12 位）。
奇偶校验可以设置为奇校验、偶校验或无校验（传号和空号奇偶校验可能是某些终端或其他串行设备上的选项）。使用奇校验时，选择奇偶校验位，使字节（包括奇偶校验位）中 1 位的数量为奇数。如果这样的字节因位翻转而损坏，则结果将是偶校验的非法字节。这将检测到错误，如果是终端的传入字节，则屏幕上将显示错误字符符号。偶校验的工作方式类似，所有合法字节（包括奇偶校验位）都具有偶数个 1 位。在设置过程中，每字符位数通常仅表示每字节的数据位数（7 位表示真正的 ASCII，8 位表示各种 ISO 字符集）。
“传号”是 1 位（或逻辑 1），“空号”是 0 位（或逻辑 0）。对于传号奇偶校验，奇偶校验位始终为 1 位。对于空号奇偶校验，它始终为 0 位。传号或空号奇偶校验（也称为“粘性奇偶校验”）只会浪费带宽，如果可行，应避免使用。stty 命令无法设置粘性奇偶校验，但串行硬件支持它，并且可以通过 C 编程来处理。“无奇偶校验”表示不添加奇偶校验位。对于不允许 9 位字节的终端，使用 8 位字符集时必须选择“无奇偶校验”，因为没有空间容纳奇偶校验位。
在通过 RS-232 端口进行字节的串行传输中，始终首先发送低位（位顺序）。PC 上的串行端口使用异步通信，其中有一个起始位和一个停止位来标记字节的开始和结束。这称为成帧，成帧的字节有时称为帧。因此，每个字节总共发送 9、10 或 11 位，其中 10 位是最常见的。8-N-1 表示 8 个数据位，无奇偶校验，1 个停止位。当计算起始位时，这总共加起来 10 位。一个停止位几乎是普遍使用的。在 110 位/秒（有时在 300 位/秒）时，曾经使用过 2 个停止位，但如今第二个停止位仅在非常不寻常的情况下使用（或因错误而使用，因为它仍然可以正常工作，但会浪费带宽）。
不要将这种类型的成帧与网络上字节数据包使用的成帧混淆。串行端口仅对每个字节进行成帧。对于网络，许多字节被成帧到一个数据包中（有时称为帧）。对于网络帧，没有起始位，而是一系列称为报头的字节。在使用串行端口（带调制解调器）的网络上，帧错误报告通常指的是多字节帧，而不是单字节的串行端口帧。
在 PC 上实现的 RS-232 串行端口是异步的，实际上这意味着没有“时钟”信号与“滴答”一起发送来标记每个位的发送时间。发送（或接收）线只有两种状态：传号 (-12 V) 或空号 (+12 V)。没有 0 V 状态。因此，1 位的序列通过稳定的 -12 V 传输，位之间没有任何类型的标记。为了使接收器检测到单个位，它必须始终具有与发送器时钟同步的时钟信号。这样的时钟会生成与每个发送（或接收）位同步的“滴答”。
对于异步传输，同步是通过用起始位和停止位对每个字节进行成帧（由硬件完成）来实现的。接收器在负极线路上监听正极起始位，当检测到起始位时，它开始其时钟滴答。它使用此时钟滴答来定时读取接下来的 7、8 或 9 位。（实际上，这比这稍微复杂一些，因为通常会采集一个位的多个样本，这需要额外的定时滴答。）然后读取停止位，时钟停止，接收器等待下一个起始位。因此，异步实际上在单个字节的接收期间是同步的，但在一个字节和下一个字节之间没有同步。