Das System des DOI dient der interoperativen Identifizierung und dem Austausch geistigen Eigentums in einer digitalen Umgebung. Es bietet ein erweiterbares Gerüst, mit dem geistige Wertschöpfungen in jeglicher Form und in jeglicher Granularität verwaltet wird, indem es:

• Kunden und Inhalte-Anbieter direkt miteinander verbindet
• E-Commerce erleichtert
• die automatisierte Verwaltung von Urheberrechten für alle Medien ermöglicht

Die Internationale DOI-Foundation, eine gemeinnützige Organisation, überwacht die Entwicklung, die Regelung und die Lizenzvergabe des DOI an Registrierungsagenturen und Technologieanbieter und berät hinsichtlich der Anwendung und Entwicklung verwandter Dienstleistungen und Technologien. Das DOI-System verwendet offene Standards mit einer Standardsyntax (ANSI/NISO Z39.84) und wird von vielen führenden internationalen Technologie- und Content-Organisationen genutzt.

Der DOI ist eine Technologie, die das Anbieten von Dienstleistungen und den Schutz von Inhalten in der digitalen Umgebung ermöglicht. Sie wurde entwickelt, um eine eindeutige Identifizierung von Inhalten zu gewährleisten und dadurch die zuverlässige Verwaltung von Rechten zu ermöglichen.

Weltweit haben Inhalte-Anbieter erkannt, dass der erste Schritt die Entwicklung eines persistenten Identifizierungssystems ist, das den Inhalt verschiedenen Speicherorten und Dienstleistern zuordnen kann. Das DOI-System, das 1997 eingeführt wurde, bietet diesen einzigartigen Identifizierungsmechanismus, mit dem zum einen die Nutzer der Inhalte mit den Inhabern des Urheberrechts (oder mit deren Vertretern) vernetzt werden können und zum anderen die Rahmenbedingungen für den automatisierten digitalen Handel geschaffen werden.

Der DOI kennzeichnet einen Inhalt eineindeutig. Durch den DOI werden die Inhalte registriert und nachgewiesen und es können Links zu verschiedenen verwandten Materialien (z. B. Artikeln, Büchern, Schaubildern, Bibliografien, Support-Daten, Videos, Grafiken, Tabellen sowie audio- und elektronischen Dateien) angeboten werden.
Die Eigentumsverhältnisse digitaler Inhalte ändern sich häufig und damit oft der Standort elektronischer Dateien, die Verwertungs- und Verbreitungsrechte und die verwandten Materialien. Die Verwendung eines DOI ermöglicht mit einem Klick das persistente Auffinden dieser Vielzahl sich verändernder Informationen und garantiert, dass Nutzer in jedem Glied der Warenkette zu jeder Zeit die korrekten Informationen erhalten.

Der Identifikator des DOI setzt sich aus zwei Komponenten zusammen. Das erste Element, das Präfix, wird von einer Registrierungsagentur einem angemessenen Content-Anbieter zugewiesen, wie z. B. einem Verlag, einem Label oder einem Imprint. Alle Präfixe beginnen mit 10, gefolgt von einer Nummer, die den Inhalte-Anbieter ausweist, der den individuellen DOI vergibt. Inhalte-Anbieter können ein eigenes Präfix für jedes Imprint oder jede Produktlinie beantragen oder ein Präfix für alle Produkte verwenden. 

Das zweite Element ist das Suffix. Damit bezeichnet der Inhalte-Anbieter die jeweils zu identifizierende Einheit. Existierende Identifikatoren oder Produktnummern, die in einer speziellen Branche gebraucht werden, oder hausinterne Bezeichnungscodes, die in einer Firma oder Organisation verwendet werden, können in das Suffix des DOI einfließen und so den existierenden Identifikator (z. B. ISSN, ISBN, künftig auch ISTC) um die Vorteile des DOI ergänzen.
Das Suffix kann Einheiten jeglicher Größe oder Granularität bezeichnen (z. B. ein Buch, einen Artikel, eine Zusammenfassung, ein Schaubild, ein Album, ein Lied, eine Melodie) und für jeden Dateityp (wie Text, Audio, Video, Bild oder Software) vergeben werden. Der Inhalte-Anbieter bestimmt den Grad oder die Granularität der Identifizierung, basierend auf der Beschaffenheit der Einheiten, die in einer Warenkette elektronisch vertrieben oder verkauft werden sollen. In der Anwendung ist der DOI eine Zeichenkette ohne jegliche sinngebende Bedeutung außer der eines Identifikators.

Die Stärke des DOI-Systems ist seine Funktion als Routing- oder Auflösungssystem. Da digitale Inhalte im Laufe der Zeit in anderen Besitz übergehen oder ihren Standort ändern können, verwendet das DOI-System ein verteiltes zentrales Verzeichnis. Wenn ein Nutzer einen DOI anklickt, wird eine Nachricht an dieses zentrale Verzeichnis gesendet, in dem die aktuelle Adresse, die mit diesem DOI verbunden ist, gespeichert ist.
Diese Adresse wird zurück an den Nutzer geschickt und ermöglicht im Browser die Umleitung auf diese neue Internet-Adresse. Der Nutzer kann das identifizierte Dokument sehen oder weitere Informationen darüber erhalten, z. B. wie er es beziehen kann.

Wenn das Objekt auf einen neuen Server übertragen wird oder der Inhaber des Urheberrechts die Produktlinie an eine andere Firma weitergibt, wird diese Änderung im Verzeichnis registriert, und alle weiteren Nutzer werden an die geänderte Adresse weitergeleitet. Der DOI bleibt zuverlässig und korrekt, weil der Link zu der jeweiligen Information oder zu deren Quelle  durch den Inhalte-Anbieter einfach und effizient geändert werden kann. Die dem sicheren globalen Namensdienst zugrundeliegende Technologie, das Handle-System®, ist in Hinblick auf Schnelligkeit, Effizienz und Dauerhaftigkeit optimiert.

Die Angaben zu einer identifizierten Einheit werden vom Inhalte-Anbieter gepflegt. Der DOI verlangt eine Mindestmenge an strukturierten, öffentlich zugänglichen Metadaten, ähnlich einem Telefonbucheintrag, damit der Nutzer sicher gehen kann, dass die gefundene Einheit die gesuchte ist. Weitere strukturierte Metadaten zu der Einheit werden von Anbieter- und Nutzergruppe beschlossen und können, müssen aber nicht, öffentlich zugänglich sein. 

Sie sind so aufbereitet, dass sie über verschiedene Systeme mit allen Medientypen interoperieren. Diese Metadaten können auf mehrere Datenbanken verteilt sein und die eigentlichen Inhalte enthalten oder lediglich die Information, wo und wie sie und andere verwandte Daten zugänglich sind. Eine einzelne DOI-Abfrage kann alle existierenden Optionen offenlegen.

Die dem DOI-System zugrundeliegende Technologie ist das Handle-System®, das von der Cooperation for National Research Initiatives (CNRI) entwickelt wurde. Die CNRI ist eine gemeinnützige Organisation, die von privaten Unternehmen und der US-Regierung finanziert wird, um auf Netzwerken basierende Informationstechnologien zu entwickeln. 

Das Handle-System ist ein verteiltes, skalierbares System, das auf offenen Protokollen basiert und digitale Objekte als primäre Einheiten verwaltet. 

Da sowohl die Auflösung des Handle-Systems als auch die Komponenten der DOI-Metadaten strukturiert, in sich geschlossen und verwaltbar sind, ist es möglich, den DOI auf jede Art von Inhalt anzuwenden und weitere Hilfsmittel für dessen Verwaltung zu entwickeln. Letztendlich erlaubt das System die Entwicklung von automatisierten Agenten, welche die DOI nutzen, um Einheiten in Transaktionsketten zu verwalten.

Wenn Sie das Gesamtdokument im Internet zur Verfügung stellen, ist die Benummerung nur mit ISBN zulässig und sinnvoll. Sollten Sie allerdings in Zukunft das Gesamtdokument bis zu einzelnen Inhalten herunterbrechen, sollten Sie den DOI verwenden.