El método de funcionamiento del MP3 se basa en un esquema de codificación de audio que analiza la señal entrante, aplicándola un modelo psicoacústico en función de las capacidades limitadas del oído humano para mantener al máximo posible la calidad del sonido. Las técnicas empleadas para la codificación tienen como objetivo limitar el tamaño final del archivo MP3, procurando mantener la máxima calidad de sonido dentro de los límites de percepción del oído humano.

Entre ellas están el efecto de enmascaramiento, la búsqueda del umbral acústico más reducido de la capacidad auditiva, la reserva de bytes, el Joint Stereo y la utilización, entre otros, del algoritmo de codificación Huffman. El efecto de enmascaramiento es un sistema basado en simular las capacidades del oído humano, de forma que oculta determinados sonidos cuando otros prevalecen, como ocurre en la realidad. Si al escuchar una canción de pronto suena la batería, el sonido del piano quedará oculto por éste, pues de la misma forma se comporta la codificación de MP3. Enmascara los sonidos según el momento y la onda. Por tanto, no es necesario codificar todos los sonidos, sino simplemente elegir cuál debe quedar en segundo plano en cada momento para obtener el mejor resultado en calidad y el más reducido en cuanto a tamaño.

La reserva de bytes es otro de los elementos destacados en lo relativo a la comprensión en MP3. Habitualmente algunas partes de las canciones no pueden ser codificadas a un ratio correcto sin alterar la calidad de la música, ahí es donde entra en escena la reserva de bytes. El MP3 emplea una reducida reserva de bytes para codificar a un ratio inferior sin mermar la calidad. El Joint Stereo consiste en que en una determinada frecuencia el oído humano llega un momento en el que no es capaz de apreciar el lugar exacto del origen del sonido. El formato MP3 puede, opcionalmente, emplear esta pequeña trampa técnica gracias al llamado Joint Stereo.