狀態機是許多數字系統的核心部件，是一類重要的時序邏輯電路。通常包括三個部分：一是下一個狀態的邏輯電路，二是儲存狀態機當前狀態的時序邏輯電路，三是輸出組合邏輯電路。通常，狀態機的狀態數量有限，稱為有限狀態機（FSM）。由於狀態機所有觸發器的時鐘由同一脈衝邊沿觸發，故也稱之為同步狀態機。

          根據狀態機的輸出訊號是否與電路的輸入有關分為Mealy 型狀態機和Moore 型狀態機。電路的輸出訊號不僅與電路當前狀態有關，還與電路的輸入有關，稱為Mealy 型狀態機，而電路的輸出僅僅與各觸發器的狀態，不受電路輸入訊號影響或無輸入，稱為
Moore 型狀態機。其標準模型如下所示：

狀態機的描述通常有三種方法，稱為一段式狀態機，二段式狀態機和三段式狀態機。狀態機的描述通常包含以下四部分：

1)利用引數定義語句parameter 描述狀態機各個狀態名稱，即狀態編碼。狀態編碼通常有很多方法包含自然二進位制編碼，One-hot 編碼，格雷編碼碼等；
2）用時序的always 塊描述狀態觸發器實現狀態儲存；

3）使用敏感表和case 語句（也採用if-else 等價語句）描述狀態轉換邏輯；
4）描述狀態機的輸出邏輯。