Видимая пользователю часть файловой системы представляет собой ее иерархическое именование, блокировки, квоты, управление атрибутами и защиту. Но большая часть реализации файловой системы содержит организацию и управление данными на физическом носителе. За размещение содержимого файлов на физическом носителе отвечает файловое хранилище (filestore). FreeBSD использует традиционный формат быстрой файловой системы Беркли (Berkley fast filesystem). На диске организуются группы протяженных блоков, называемых группами цилиндров. Файлы, к которым вероятен совместный доступ на основе их положения в иерархии файловой системы, хранятся в одной группе цилиндров.

Файлы иерархически организованы в каталогах. Каталог является разновидностью файла, но в отличие от обычных файлов каталог имеет структуру, наложенную на него системой. Процесс может прочесть каталог как обычный файл, но лишь ядру разрешается изменять каталог. Каталоги создаются с помощью системного вызова mkdir и удаляются с помощью системного вызова rmdir. До 4.2BSD системные вызовы mkdir и rmdir были реализованы через ряд системных вызовов link и unlink. Для добавления системных вызовов, явно создающих и удаляющих каталоги, было три причины.

1. Операция должна быть неделимой. Если в системе случится аварийный отказ, каталог не должен остаться сделанным наполовину, что могло бы случиться при использовании ряда операций link.

2. При запуске сетевой файловой системы создание и удаление файлов и каталогов должны быть неделимыми (атомарными), чтобы их можно было сериализовать.

3. При поддержке файловых систем, не относящихся к UNIX, таких, как файловая система NT, на других разделах диска эти файловые системы могут не поддерживать операции link.

Обычный файл является линейным массивом байтов, который может быть считан или записан, начиная с любого байта в файле. Ядро не различает границ записей в обычных файлах, хотя многие файлы распознают символы перевода строки как обозначающие концы строк, а другие программы могут устанавливать другую структуру. В самом файле не содержится никакой относящейся к системе информации о файле, но система хранит с каждым файлом небольшое количество сведений о владении, защите и использовании.

Компонента имени файла является строкой до 255 символов. Эти имена файлов хранятся в особом типе файла, который называется каталогом. Информация о файле в каталоге называется элементом каталога и включает, в дополнение к имени файла, указатель на сам файл. Элементы каталога могут ссылаться на другие каталоги так же, как на обычные файлы. Иерархия файлов и каталогов, образованная таким способом, называется файловой системой.

Исторически интерфейс устройств был статическим и простым. Устройства определялись при загрузке системы и впоследствии не изменялись. Типичный дисковый драйвер мог быть написан с использованием нескольких сотен строк кода. По мере развития системы сложность систем ввода/вывода возросла с добавлением новых возможностей. Устройства могли появляться, а затем исчезать при работе системы. С возрастанием сложности и разнообразия шин ввода/вывода маршрутизация запросов ввода/вывода стала сложной. Например, в многопроцессорной среде прерывания от устройств должны направляться на наиболее подходящий процессор, который может отличаться от того, который до этого обслуживал устройство. Обзор архитектуры PC дается в разделе.