SQLite拥有一个精致的、模块化的体系结构，并引进了一些独特的方法进行关系型数据库的管理。它由被组织在3个子系统中的8个独立的模块组成，这些模块又被分割为两个部分: 前端解析系统和后端引擎，如图所示。 前端预处理应用程序传递过来的SQL语句和SQLite命令，对获取的编码分析、优化，并转换为后端能够执行的SQLite内部字节编码。前端可分为三个模块：(1)标示分析；(2)语法分析；(3)代码生成器。
后端是用来解释字节编码程序的引擎，这个引擎做的才是真正的数据库处理工作。后端部分由四个模块组成：(1)虚拟机(VM)；(2) B/B+树；(3) 页面调度程序(pager)；(4)操作系统交界面。后端实现了 sqlite3_bind_*,sqlite3_setp,sqlite3_coloumn_*,sqlite3_reset和sqlite3_finalize API函数。
这个模型将查询过程划分为几个不连续的任务，就像在流水线上工作一样。在体系结构栈的顶部编译查询语句，在中部执行它，在底部处理操作系统的存储和接口。