現代的オペレーティングシステムでは、相対的にアクセス頻度が低いメモリを一時的にディスクなどの二次記憶装置に退避させ、主記憶を他のプログラムのために空けることができる。これをスワッピングと呼び、限られたメモリを複数のプログラムで使用可能にし、メモリの内容を必要に応じて退避させたり復帰させたりできる。
仮想記憶により、実際に搭載しているよりも多くのRAMを使用しているかのような感覚でコンピュータを使用することができる。
マルチタスク.
プログラム群へのCPU時間の割当方法の初期のモデルとして協調的マルチタスクがある。このモデルでは、カーネルがあるプログラムに制御を渡すと、そのプログラムは時間を制限されることなく処理を行え、カーネルには自発的に制御を戻すことになっている。したがって、悪意あるプログラムやバグのあるプログラムがあると他のプログラムにCPU時間が割り当てられなくなり、無限ループに陥っている場合はシステム全体がフリーズする。
現代的オペレーティングシステムでは、プリエンプションの考え方をユーザーモード（アプリケーション）だけでなくデバイスドライバやカーネルコードに対しても適用し、リアルタイム性を向上させている。
ディスクアクセスとファイルシステム.
ディスクに格納したデータへのアクセスは、あらゆるオペレーティングシステムの中心的機能である。コンピュータはファイルという形でディスクにデータを格納する。ディスクの内容は高速アクセス、高信頼性、ディスク領域の利用効率などを考慮して編成される。このファイルをディスクに格納する方式をファイルシステムと呼び、それによってファイルに名前と属性が付与される。また、ディレクトリあるいはフォルダと呼ばれる構造を使い、ファイル群を階層構造（木構造）内に格納できる。
初期のオペレーティングシステムは一種類のディスク装置しかサポートしておらず、ファイルシステムも一種類ということが多かった。初期のファイルシステムは容量や性能が低く、ファイル名やディレクトリ構造の面で制約が多かった。そういった制約はオペレーティングシステム自体の設計上の制約を反映していることが多く、複数のファイルシステムをサポートするのもオペレーティングシステムの制約の観点から非常に困難だった。