数据库系统具有严谨的体系结构，三级组织结构。这是一个从内到外分三个层次描述的三级模式结构、两层映像：三级模式主要分为物理结构和逻辑结构两个方面。描述物理结构的称为物理模式（内模式），它直接通过操作系统与硬件联系。一个数据库系统只能有一个内模式。
描述逻辑结构的称为模式（概念模式、逻辑模式），它是数据库数据结构的完整表示，是所有用户的公共数据视图。一个数据库系统只有一个模式。针对每一个用户或应用，又由模式导出若干个子模式（外模式、用户模式）。子模式是直接面向用户的，用户能够看见并使用的局部数据的逻辑结构描述。一个数据库系统可以有多个子模式。
数据库系统的三级模式中还提供了两个映射功能（模式）。一个是在物理模式与模式之间的映射（转换）功能；另一个是在模式与子模式之间的映射（转换）功能。第一种映射使得数据物理存储结构（内模式）改变时，只需修改模式与内模式之间的映射关系，而逻辑结构（模式）不变，因而相应的程序也不需改变，这就是数据库的物理独立性。
第二种映射使得逻辑结构（模式）改变时，只需修改外模式与模式之间的映射关系， 而用户结构（外模式）不需改变，所以应用程序也不用改变，这就是数据和程序的逻辑独立性。