KSeF działa jako platforma pośrednicząca, do której podatnicy przesyłają faktury ustrukturyzowane w formacie XML. System odbiera fakturę, nadaje jej unikalny numer identyfikacyjny (KSeF ID), weryfikuje jej strukturę zgodnie z obowiązującym schematem XSD, a następnie umożliwia jej pobranie przez odbiorcę.
Architektura systemu opiera się na API REST, które umożliwia integrację z zewnętrznymi systemami finansowo-księgowymi, takimi jak ERP czy programy do fakturowania. Dzięki temu możliwa jest automatyzacja procesu fakturowania – bez konieczności logowania się do rządowego portalu.
System przewiduje różne metody uwierzytelniania – podpis kwalifikowany, profil zaufany oraz tokeny autoryzacyjne. Dodatkowo wprowadzono rozbudowany system nadawania uprawnień użytkownikom (np. biurom rachunkowym), co pozwala na bezpieczne delegowanie obsługi.
Faktura jest uznana za wystawioną z momentem jej przyjęcia przez system, co ma znaczenie podatkowe i prawne. KSeF przechowuje wszystkie faktury przez 10 lat od końca roku, w którym zostały wystawione.