數據庫系統具有嚴謹的體系結構，三級組織結構。這是一個從內到外分三個層次描述的三級模式結構、兩層映像：三級模式主要分為物理結構和邏輯結構兩個方面。描述物理結構的稱為物理模式（內模式），它直接通過操作系統與硬件聯系。一個數據庫系統只能有一個內模式。
描述邏輯結構的稱為模式（概念模式、邏輯模式），它是數據庫數據結構的完整表示，是所有用戶的公共數據視圖。一個數據庫系統只有一個模式。針對每一個用戶或應用，又由模式導出若干個子模式（外模式、用戶模式）。子模式是直接面向用戶的，用戶能夠看見并使用的局部數據的邏輯結構描述。一個數據庫系統可以有多個子模式。
數據庫系統的三級模式中還提供了兩個映射功能（模式）。一個是在物理模式與模式之間的映射（轉換）功能；另一個是在模式與子模式之間的映射（轉換）功能。第一種映射使得數據物理存儲結構（內模式）改變時，只需修改模式與內模式之間的映射關系，而邏輯結構（模式）不變，因而相應的程序也不需改變，這就是數據庫的物理獨立性。
第二種映射使得邏輯結構（模式）改變時，只需修改外模式與模式之間的映射關系， 而用戶結構（外模式）不需改變，所以應用程序也不用改變，這就是數據和程序的邏輯獨立性。