上海數字圖書館由五大模塊組成：載體數字化，數據儲存和管理，訪問和查詢，資料的傳遞和接收，權限管理和版權保護。
載體數字化
將書刊、古籍、善本等各種文字、圖像（包括地圖），縮微制品包括縮微膠卷和縮微平片等，利用計算機和相關設備，將這些資料數字化。
數據存儲和管理
上海數字圖書館采用客戶機/服務器的模式，客戶、圖書館服務器和對象服務器構成信息傳遞的核心結構。圖書館服務器主要管理數據的目錄、索引和查詢，而對象服務器用於管理數字化的對象，當對象數據直接到達客戶的時候，就實現了圖書館對象數據的傳送。它存儲和管理的數據量巨大。
訪問和查詢
文本類型的文件檢索，實現在網上的快速全文檢索，直接針對圖像建立索引，可以按照圖來索引；對數字化的視頻和音頻信息內容進行查找。 資料的傳遞
可以傳輸聲音等連續媒體和視頻信號，有線電視（CATV）廣播網絡。
權限管理和版權保護
對不同類型用戶設置不同權限管理；並采用技術確保版權人的資源不被濫用。