Sanallaştırmanın en yaygın şekli işletim sistemi düzeyinde sanallaştırmadır. İşletim sistemi düzeyinde sanallaştırmada, tek bir donanımda birden fazla işletim sistemi çalıştırmak mümkündür. Sanallaştırma teknolojisi, yazılımı kullanarak donanımı taklit ederek fiziksel donanımı ve yazılımı ayırmayı içerir. Sanallaştırma yoluyla birincil işletim sisteminin üstünde farklı bir işletim sistemi çalışıyorsa, sanal makine olarak adlandırılır.

Sanal bir makine, normal bir veri dosyası gibi başka bir bilgisayara taşınabilen ve kopyalanabilen fiziksel bir bilgisayardaki veri dosyasından başka bir şey değildir. Sanal ortamdaki bilgisayarlar iki tür dosya yapısı kullanır: biri donanımı, diğeri sabit sürücüyü tanımlar. Sanallaştırma yazılımı veya hipervizör, daha sonra yazmak üzere sanal donanım veya sanal sabit diskteki değişiklikleri önbelleğe almak için kullanılabilecek önbellekleme teknolojisi sunar. Bu teknoloji, kullanıcının işletim sisteminde yapılan değişiklikleri atmasını ve bilinen bir durumdan başlatmasını sağlar.