Um controlador digital trabalha com sinais numéricos (digitais). Um controlador digital é fisicamente implementado como uma rotina ou programa a ser executada sobre um microprocessador ou microcontrolador.
O controle digital de um processo envolve então o que chamamos de
processo de amostragem. O sinal de saída (ou de erro) é amostrado
periodicamente com um período1.3 
. O sinal amostrado (analógico)
passa então por um conversor analógico/digital (A/D) onde é quantizado e
transformado em um sinal numérico (palavra de 
bits).
Este sinal digital é lido por um microprocessador (ou microcontrolador)
que vai então realizar operações numéricas com este sinal e gerar
uma outra palavra de bits correspondente à ação de controle que
deverá ser aplicada sobre a planta no próximo instante de amostragem.
Este sinal numérico é então convertido novamente em um sinal analógico
por um conversor digital-analógico (D/A) que disponibilizará, no próximo
clock de amostragem, um sinal constante de tensão.
Desta forma, entre dois instantes de amostragem, o sinal efetivamente aplicado
pela planta é um sinal contínuo de amplitude fixa.
Em resumo, a execução de um controle digital pode ser dividido nas seguintes etapas:
A escolha da freqüencia de amostragem deve ser feita considerando-se
o Teorema de Nyquist que diz que "a freqüencia de amostragem,
,
deve ser no mínimo 2 vezes maior que a máxima freqüencia contida
no sinal analógico a ser amostrado" a fim de evitar o fenômeno de
aliasing (superposição de espectro). Intutivamente, se amostramos o sinal com uma freqüencia muito
baixa, estaremos, de certa forma, "perdendo" informações sobre a evolução
do sinal que está sendo amostrado o que acarretará o cálculo de um
controle incorreto. A fim de evitar este fenômeno, um filtro anti-aliasing
pode ser acrescentado ao sistema. Este filtro, colocado antes do dispositivo
amostrador, funciona como um filtro passa-baixas que se encarrega de
eliminar as componentes em freqüência acima de 
.