Esta arquitectura describe los datos a tres niveles de abstracción. En realidad los únicos datos que existen están a nivel físico almacenados en discos u otros dispositivos. Los SGBD basados en esta arquitectura permiten que cada grupo de usuarios haga referencia a su propio esquema externo. El SGBD debe de transformar cualquier petición de usuario (esquema externo) a una petición expresada en términos de esquema conceptual, para finalmente ser una petición expresada en el esquema interno que se procesará sobre la BD almacenada. El proceso de transformar peticiones y resultados de un nivel a otro se denomina correspondencia o transformación, el SGBD es capaz de interpretar una solicitud de datos y realiza los siguientes pasos:

- El usuario solicita unos datos y crea una consulta.
- El SGBD verifica y acepta el esquema externo para ese usuario.
- Transforma la solicitud al esquema conceptual.
- Verifica y acepta el esquema conceptual.
- Transforma la solicitud al esquema físico o interno.
- Selecciona la o las tablas implicadas en la consulta y ejecuta la consulta.
- Transforma del esquema interno al conceptual, y del conceptual al externo.
- Finalmente, el usuario ve los datos solicitados.

Para una BD específica sólo hay un esquema interno y uno conceptual, pero puede haber varios esquemas externos definidos para uno o para varios usuarios.

Con la arquitectura a tres niveles se introduce el concepto de independencia de datos, se definen dos tipos de independencia:

- Independencia lógica: la capacidad de modificar el esquema conceptual sin tener que alterar los esquemas externos ni los programas de aplicación. Se podrá modificar el esquema conceptual para ampliar la BD o para reducirla, por ejemplo, si se elimina una entidad, los esquemas externos que no se refieran a ella no se verán afectados.

- Independencia física: la capacidad de modificar el esquema interno sin tener que alterar ni el esquema conceptual, ni los externos. Por ejemplo, se pueden reorganizar los archivos físicos con el fin de mejorar el rendimiento de las operaciones de consulta o de actualización, o se pueden añadir nuevos archivos de datos porque los que había se han llenado. La independencia física es más fácil de conseguir que la lógica, pues se refiere a la separación entre las aplicaciones y las estructuras físicas de almacenamiento.

En los SGBD basados en arquitecturas de varios niveles se hace necesario ampliar el catálogo o el diccionario de datos para incluir la información sobre cómo establecer las correspondencias entre las peticiones de los usuarios y los datos, entre los diversos niveles. El SGBD utiliza una serie de procedimientos adicionales para realizar estas correspondencias haciendo referencia a la información de correspondencia que se encuentra en el diccionario. La independencia de los datos se consigue porque al modificarse el esquema en algún nivel, el esquema del nivel inmediato superior permanece sin cambios. Sólo se modifica la correspondencia entre los dos niveles. No es preciso modificar los programas de aplicación que hacen referencia al esquema del nivel superior.

Sin embargo, los dos niveles de correspondencia implican un gasto de recursos durante la ejecución de una consulta o de un programa, lo que reduce la eficiencia del SGBD. Por esta razón pocos SGBD han implementado la arquitectura completa.