Nguyên lí hoạt động của mạch đếm tín hiệu số 4 bit sử dụng phần tử nhớ flip-flop:

Flip-flop D là phân tử điện tử hoạt động với hai trạng thái đặt và xoá, thường được biểu diễn tương ứng là giá trị 1 và 0. Flip-flop D có hai đầu vào, bao gồm đâu vào dữ liệu D và đâu vào xung nhịp CLK, hai đâu ra Q và Q .Hoạt động của flip-flop D được mô tả trên bảng chân lí (Bảng 22.2) và giản đồ thời gian .Trong đó, đâu ra Q phụ thuộc vào dữ liệu ở đầu vào D và xung nhịp CLK, cụ thể Q thay đổi trạng thái theo D khi CLK chuyển từ 0 sang 1.