Direct Stream Digital
100kHzまでカバーする周波数帯域(ただし周波数特性や位相特性がフラットであるとは限らない)と低ノイズ、PCMを遥かに超えるMHz帯の高周波数に由来する記録タイミングの正確性、そして音の情報量が多いにもかかわらず、再生音の周波数帯域が近いPCM192kHzサンプリングと比較した場合、データ量が軽く済むという特長がある。時間領域の音の記録タイミングの正確さではPCMを遥かに凌いでおり、DSDでは微小なタイミングの違いも記録可能である。事例を挙げて比較すると、44.1kHzのPCMで22.68μs、384kHzのPCMでも2.60μsの時間分解能であるのに対して、2.8224MHzのDSDでは0.35μsの時間分解能である。従って、DSDの再生音は生演奏のノリの再現性が良かったり、高品質なアナログ音源のような瑞々しい空気感を持つ。
また、DSDからのDA変換もアナログローパスフィルタを通すだけの非常にシンプルなハード設計が可能で、アナログ→DSD変換のLSIのコストが低く、消費電力も抑えられるので、DSD録音再生機器だけでなく、スマートフォンや携帯型CDプレーヤーなどに搭載するような普及型のDACチップやデジタルパワーアンプにも使われている。従って、再生するデータはどうであれ、一般人も日常的にDSD変換を経由した音は聴いていることになる(但し、DSD変換機能に特化した製品からすれば低品質な変換である)。
既存のPCMデータが保持する本質的な情報を引き出しアナログの滑らかさに近づけるため、PCMデータをDSDデータに変換して再生する試みも行われている。この手法はPCMのハイレゾデータでも有効であるが、ハイレゾデータが存在しない時代のコンテンツ(CD-DAやCD時代のマスターデータ等)のほうが更に大きな効果を発揮する。例えば、過去に制作された44.1kHz/16bitのデータをそのままDAC出力のフィルタに通すと、精度の悪いアナログフィルタでの遮断周波数が可聴帯域に近いため可聴帯域の情報劣化が大きくなり、音がこもったりステレオ感を失ったりする原因になる。この場合、既存のデータを元に存在しないサンプルデータを数学的に推測・補間してDSD512等の上位のフォーマットに引き上げることで、ある程度まで発音タイミングが復元でき、可聴帯域の近傍で高音域の減衰や位相の狂いなども殆ど無い格段に高い精度での再生が期待できる。結果として高音の抜けや音の空間表現などが大幅に改善できる。こうした変換処理は内部にサンプル間の依存性を形成するフィードバックループが存在するため並列化が出来ず非常に高負荷でもあるが、FPGA等で変換アルゴリズムがハードウェア実装されたDACでリアルタイム実行が可能である他、2010年代以降の高性能なPCであればソフトウェアのみでもリアルタイム実行が可能になりつつある。基本原理としては古くからDAC内部で行われているオーバーサンプリングと同様であるが、大きな計算リソースを用いて非常に高い精度で実行する点が異なっている。