使用SATA（Serial ATA）口的硬碟又叫串口硬碟，是未來PC機硬碟的趨勢。2001年，由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、邁拓這幾大廠商組成的Serial ATA委員會正式確立了Serial ATA 1.0規範，2002年，雖然串列ATA的相關設備還未正式上市，但Serial ATA委員會已搶先確立了Serial ATA 2.0規範。Serial ATA採用串列連線方式，串列ATA匯流排使用嵌入式時鐘信號，具備了更強的糾錯能力，與以往相比其最大的區別在於能對傳輸指令（不僅僅是數據）進行檢查，如果發現錯誤會自動矯正，這在很大程度上提高了數據傳輸的可靠性。串列接口還具有結構簡單、支持熱插拔的優點。
支持Serial-ATA技術的標誌
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主機板上的Serial-ATA接口
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串口硬碟是一種完全不同於並行ATA的新型硬碟接口類型，由於採用串列方式傳輸數據而知名。相對於並行ATA來說，就具有非常多的優勢。首先，Serial ATA以連續串列的方式傳送數據，一次只會傳送1位數據。這樣能減少SATA接口的針腳數目，使連線電纜數目變少，效率也會更高。實際上，Serial ATA 僅用四支針腳就能完成所有的工作，分別用於連線電纜、連線地線、傳送數據和接收數據，同時這樣的架構還能降低系統能耗和減小系統複雜性。其次，Serial ATA的起點更高、發展潛力更大，Serial ATA 1.0定義的數據傳輸率可達150MB/s，這比最新的並行ATA（即ATA/133）所能達到133MB/s的最高數據傳輸率還高，而在Serial ATA 2.0的數據傳輸率將達到300MB/s，最終SATA將實現600MB/s的最高數據傳輸率。
SATA II是在SATA的基礎上發展起來的，其主要特徵是外部傳輸率從SATA的1.5Gbps(150MB/sec)進一步提高到了3Gbps(300MB/sec)，此外還包括NCQ(Native Command Queuing，原生命令佇列)、連線埠多路器(Port Multiplier)、交錯啟動(Staggered Spin-up)等一系列的技術特徵。單純的外部傳輸率達到3Gbps並不是真正的SATA II。
SATA II的關鍵技術就是3Gbps的外部傳輸率和NCQ技術。NCQ技術可以對硬碟的指令執行順序進行最佳化，避免像傳統硬碟那樣機械地按照接收指令的先後順序移動磁頭讀寫硬碟的不同位置，與此相反，它會在接收命令後對其進行排序，排序後的磁頭將以高效率的順序進行定址，從而避免磁頭反覆移動帶來的損耗，延長硬碟壽命。另外並非所有的SATA硬碟都可以使用NCQ技術，除了硬碟本身要支持 NCQ之外，也要求主機板晶片組的SATA控制器支持NCQ。此外，NCQ技術不支持FAT檔案系統，只支持NTFS檔案系統。
由於SATA設備市場比較混亂，不少SATA設備提供商在市場宣傳中濫用“SATA II”的現象愈演愈烈，例如某些號稱“SATA II”的硬碟卻僅支持3Gbps而不支持NCQ，而某些只具有1.5Gbps的硬碟卻又支持NCQ，所以，由希捷(Seagate)所主導的SATA-IO(Serial ATA International Organization，SATA國際組織，原SATA工作組)又宣布了SATA 2.5規範，收錄了原先SATA II所具有的大部分功能——從3Gbps和NCQ到交錯啟動(Staggered Spin-up)、熱插拔(Hot Plug)、連線埠多路器(Port Multiplier)以及比較新的eSATA(External SATA，外置式SATA接口)等等。
值得注意的是，部分採用較早的僅支持1.5Gbps的南橋晶片(例如VIA VT8237和NVIDIA nForce2 MCP-R/MCP-Gb)的主機板在使用SATA II硬碟時，可能會出現找不到硬碟或藍屏的情況。不過大部分硬碟廠商都在硬碟上設定了一個速度選擇跳線，以便強制選擇1.5Gbps或3Gbps的工作模式(少數硬碟廠商則是通過相應的工具軟體來設定)，只要把硬碟強制設定為1.5Gbps，SATA II硬碟照樣可以在老主機板上正常使用。
SATA硬碟在設定RAID模式時，一般都需要安裝主機板晶片組廠商所提供的驅動，但也有少數較老的SATA RAID控制器在打了最新補丁的某些版本的Windows XP系統里不需要載入驅動就可以組建RAID。
