Kliens-szerver alapú rendszer, ahol a kliens és a szerver tud hálózaton keresztül is kommunikálni, X protokollon keresztül. A grafikus képernyőt egy szerverprogram kezeli, és minden program, amely írni vagy rajzolni szeretne a képernyőre, ezzel a szerverrel kommunikál. Ezek a programok a kliensek. A szerver mindig a lokális gépen fut. Az X protokollt TCP/IP vagy DECnet fölött lehet használni (elvileg bármilyen megbízható byte-folyam orientált transzport szintű protokoll felett működik, de még nem készült el más elterjedt implementáció).
,,Az X protokoll (Xlib implementációja) aszinkron: az Xlib a kéréseket egy belső adatbufferben időlegesen eltárolja, és nem küldi egyből a szervernek (ezzel is csökkentve a hálózati forgalmat). A kérések a következő esetek valamelyikében kerülnek továbbításra a szerver felé:
Ennek az aszinkronitásnak van még egy következménye: nagyon nehéz az X Window rendszert használó programokat nyomkövetni, mert lehet, hogy valamely hibaüzenet több Xlib függvény meghívásával késobb jut el a klienshez: vagyis nem biztos, hogy a hibát az az Xlib függvény okozta, amely után az jelentkezett.''[8]
Hálózat-orientált, és ezen azt értjük, hogy a programokban használt grafikai rutinok nem közvetlenül a képernyőmemóriát manipulálják, hanem a hálózaton, hálózati csomagok formájában lesznek elküldve annak a gépnek, amelynek meg kell jelenítenie az eredményt.
A szabvány nem tartalmaz ablakkezelő stratégiát, ezek elláttása egy speciális kliens, az ablakkezelő (window-manager) feladata. Egy átlagos kliens létrehoz egy ablakot a képernyőn, azon belül létrehozhat ablakokat (önmagán belüli területeket megváltoztathat), de az önmagán kívüli területeket nem változtathatja meg. Az ablakkezelő ezenkívül megteheti azt, hogy az ablakot egy meghatározott kerettel veszi körbe, és a képernyő egész részét birtokolhatja. Ablakkezelőből csak egy lehet egyszerre a képernyőn. Egy X szerverhez bármennyi X kliens csatlakozhat.
Mivel a monitorok különböző méretűek és felbontásúak, ezekre is tekintettel kell lennie. Támogatja a mono és a színes monitorokat, 8-16-24-32 bps színmélységig. A felbontásnak csak a hardvereszközök szabnak határt. A mutatóeszköz lehet egér, toll vagy érintőképernyő. Az egerek 5 gombig támogatottak. Billentyűzetből is többfélét támogat, a billentyűzetkiosztás szoftverből állítható. A munkaterület több monitoron is elhelyezkedhet egyszerre.