光ディスクには、保護層・記録層・反射層などそれぞれ役割の異なる複数の層がある。半導体レーザーの光をディスクに照射すると、レーザー光は保護層を貫通し、記録・反射層に到達する。記録層には、ピットと呼ばれる微細な構造（例えば、微細なくぼみ）が形成されており、記録・反射層において反射する光は、ピットの影響を受けて変化する。光ディスクドライブのピックアップには、反射光を計測するための光センサーが備え付けられており、反射光の強度によって、情報（「0」または「1」）を読み取る仕組みである。
光ディスクには、生産工場であらかじめ情報が書き込まれているもの（いわゆるプレス版、市販の音楽CDやDVD-VideoやBD-Videoなど）と、ユーザーが任意に情報を記録できるもの（記録型メディア）の大きく分けて2種類が存在する。また、プレス版ディスクと記録型ディスクでは記録層（情報を記録する面）に用いられる材質および記録方式に違いがある。（詳しくは#記録の可否による分類を参照）材料として保護層や基盤にポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、エポキシ樹脂、環状オレフィン樹脂
、ポリ乳酸などが、反射層には銀やアルミニウムなどが主に用いられている。光ディスクの寿命は製造時の品質にも左右されるが適切な取り扱いおよび保存行為をしていれば最長で100年、多少雑に取り扱っても劣化を進める要素（直射日光（紫外線）、高い温度、強い湿気など）に積極的に晒さなければ10?30年は保存しておくことが可能とされている。ただし、規格や製造された時代によりディスクの素材が異なる場合があるので一概には言えない（寿命は使用する素材にも左右されるからである）。CD-Rなどの有機色素を利用した記録用メディアはその有機色素が紫外線の影響を受けやすいので、保存方法にもよるが前述の寿命より若干縮む傾向にある。
使用する素材を見直すことで、寿命を飛躍的に高めることができる。基板をガラス製にしたガラスCDや、記録・反射層に使用されている金属箔に金を使ったゴールドディスクなどがその代表例である。