Файлова система (file system) - функціональна частина операційної системи, яка відповідає за обмін даними з зовнішніми пристроями, що запам'ятовують. Операційними системами Windows використовується, розроблена ще для DOS файлова система FAT, у якій для кожного роздягли і томи DOS є завантажувальний сектор, а кожний розділ DOS містить дві копії таблиці розміщення файлів (file allocation table - FAT). FAT являє собою матрицю, яка встановлює співвідношення між файлами і папками розділу та його фізичним місцем розташування на жорсткому диску. Перед кожним розділом жорсткого диска послідовно розташовані дві копії FAT. Подібно завантажувальним секторам, FAT розташовується за межами області диска, видимої для файлової системи. При записі на диск файли не обов'язково займають простір, еквівалентну їхнім розміром. Зазвичай файли розбиваються на кластери певного розміру, які можуть бути розкидані по всьому розділу. В результаті таблиця FAT являє собою не список файлів і їх місця розташування, а список кластерів розділу та його вмісту, а наприкінці кожного опису міститься посилання на наступний займаний файлом кластер.
Елементи таблиці FAT являють собою 12 -, 16 - і 32-бітові шістнадцяткові числа, розмір яких визначається програмою FDISK, а значення безпосередньо створюється програмою FORMAT. Всі гнучкі диски, а також жорсткі диски розміром до 16 Мбайт використовують в FAT 12-бітові елементи. Жорсткі і знімні диски, що мають розмір від 16 Мбайт і більше, звичайно використовують 16-бітові елементи. У Windows98 для дисків обсягом більше 512 Мбайт може використовуватися файлова система FAT32 з 32-бітовим елементами таблиці FAT. Очевидно, чим менше розмір кластерів розділу, тим більше їх буде утримуватися в цьому розділі і тим більше розмір таблиці розміщення файлів FAT, а, значить, довше а ній виконується пошук інформації, необхідної для доступу до файлу. Навіщо ж тоді необхідно зменшувати розмір кластера? Справа в тому, що розмір файлу може бути довільним, проте, при записі на диск, Windows розбиває файл на кілька кластерів. У підсумку останній кластер майже ніколи не буває заповнений до кінця. Залишилося пусте простір, який називається люфтом, існує до тих пір, поки файл перебуває на диску. Таким чином, розмір загубленого простору залежить від розміру кластера. Крім підтримки великих розділів й менших кластерів FAT32 інакше використовує саму таблицю розміщення файлів. У FAT використовувалися дві ідентичні таблиці, одна з яких служила основною, друга при виконанні звичайних процедур постійно оновлювалася, заповнюючись при цьому можливими помилками першої копії. FAT32, при неможливому зчитуванні даних з основної таблиці, звертається до другої копії, яка і стає основною. Основним недоліком FAT32 є несумісність з більш ранніми файловими системами, а також системою NTFS, яка застосовується в Windows NT.
Коли Windows NT вперше вийшла у світ, в ній була передбачена підтримка трьох файлових систем. Це таблиця розміщення файлів (FAT), яка забезпечувала сумісність з MS-DOS, файлова система підвищеної продуктивності (HPFS), яка забезпечувала сумісність з LAN Manager, і нова файлова система, яка носила назву файлової системи нових технологій (NTFS). NTFS мала поруч переваг у порівнянні з використалися на той момент для більшості файлових серверів файловими системами. Для забезпечення цілісності даних в NTFS є журнал транзакцій. Подібний підхід не виключає ймовірності втрати інформації, однак, значно збільшує ймовірність того, що доступ до файлової системи буде можливим навіть в тому випадку, якщо буде порушена цілісність системи сервера. Це стає можливим при використанні журналу транзакцій для відстеження незавершених спроб запису на диск при подальшій завантаженні Windows NT. Журнал транзакцій також використовується для перевірки диска на наявність помилок замість перевірки кожного файлу, у разі використання таблиці розміщення файлів. Одним з основних переваг NTFS є безпека. NTFS надає можливість вносити записи контролю доступу (Access Control Entries, ACE) до списку контролю доступу (Access Control List, ACL). ACE містить ідентифікаційне ім'я групи або користувача і маркер доступу, який може бути використаний для обмеження доступу до певного каталогу чи файлу.
Цей доступ може припускати можливість читання, запису, видалення, виконання і навіть володіння файлами. З іншого боку, ACL представляє собою контейнер, що містить одну або більше записів ACE. Це дозволяє обмежити доступ окремих користувачів або груп користувачів до певних каталогів або файлів у мережі. Крім того NTFS підтримує роботу з довгими іменами, що мають довжину до 255 символів і що містять великі і малі літери в будь-якій послідовності. Однією з головних характеристик NTFS є автоматичне створення еквівалентних імен, сумісних з MS-DOS. Також NTFS має функцію стиснення, що вперше з'явилася в NT версії 3.51. Вона забезпечує можливість стиснення будь-якого файлу, каталогу або диска NTFS. На відміну від програм стиснення MS-DOS, що створюють віртуальний диск, що має вигляд прихованого файлу і піддає стисненню всі дані на цьому диску, Windows NT використовує додатковий рівень файлової підсистеми для стиснення і розущільнення необхідних файлів без створення віртуального диска. Це виявляється корисним при стисканні якої певної частини диска (наприклад, користувальницького каталогу), або файлів, що мають певний тип (наприклад, графічних файлів). Єдиним недоліком стиснення NTFS є невисокий, у порівнянні зі схемами стиснення MS-DOS, рівень компресії. Зате NTFS відрізняється більш високою надійністю і продуктивністю.