Układy cyfrowe ze względu na sposób działania dzielimy na układy kombinacyjne oraz sekwencyjne.

Układ kombinacyjny nazywamy taki układ cyfrowy, w którym stan wejść jednoznacznie określa stan wyjść układu.

Oznacza to, że aby określić stan na wyjściach układu, nie potrzeba żadnej dodatkowej informacji poza stanem wejść i rodzajem układu. Najprostszym przykładem układu kombinacyjnego są bramki.

Układ sekwencyjny nazywamy układ cyfrowy, w którym stan wyjść zależy od stanu wejść oraz od poprzednich stanów układu.

Oznacza to że układy sekwencyjne są układami z pamięcią. Klasycznym przykładem może być tu np licznik.

Układ asynchroniczny nazywamy taki układ cyfrowy, dla którego w dowolnym momencie jego pracy stan wejść oddziałuje na stan wyjść.

Układ synchroniczny nazywamy taki układ cyfrowy, dla którego stan wejść wpływa na stan wyjść tylko w określonych odcinkach czasu pracy układu zwanych czasem czynnym, natomiast w pozostałych odcinkach czasu zwanych czasem martwym stan wejść nie wpływa na stan wyjść. Odcinki czasu czynnego i martwego wyznaczane są przez podanie specjalnego przebiegu zwanego przebiegiem zegarowym lub taktującym na wejście zegarowe lub taktujące.