Soubor je abstrakcí dat a příslušných metadat uložených na trvalém médiu: například soubor na pevném disku se jménem vanoce.jpg obsahuje obrazová data (rodinná fotografie před vánočním stromečkem) a nese metadata o datu vytvoření souboru, přístupových právech, a pod. Systém souborů pak popisuje organizaci souborů od hierarchických struktur (adresářů, složek) a mapování na jejich fyzické uložení.

Úkolem OS je řídit přístup procesů a uživatelů k souborům na základě nastavených oprávnění a realizovat požadavky pro zápis, čtení a další manipulace se souborovým systémem. To znamená na příklad při požadavku na čtení souboru vánoce.jpg zkontrolovat, zda má uživatel právo ke čtení, nalézt fyzické umístění dat na pevném disku, tato data přečíst (s pomocí ovladače příslušného disku) a předat je uživatelskému procesu.

Jednotlivé operační systémy se liší v práci se souborovým systémem. Například ve Windows se cesta k souboru skládá z jednopísmenného označení diskového oddílu, dvojtečky a cesty oddělené pomocí zpětného lomítka (například D:\Users\268947\Dropbox\SITMU\ukazka.txt). Naproti tomu v systémech založených na UNIXu (Linux, Mac OS a další) se cesta odděluje normálním lomítkem a začíná vždy kořenovým adresářem (například /home/michal/Dropbox/SITMU/ukazka.txt).

Souborových systémů, tedy forem toho, jak jsou data ukládána do fyzické paměti a logicky organizována, existuje celá řada. Liší se velikostí nejmenší adresovatelné jednotky, uspořádáním, maximálním počtem zanořených adresářů, délkou jména souborů, podporovanou velikostí jednoho souboru či disku a řadou dalších parametrů.

FAT — starý, jednoduchý a robustní souborový systém používaný již od 80. let. Široce podporovaný napříč operačními systémy, proto se dnes se používá převážně pro výměnná média. Má mnohé limitace, například maximální velikost souboru může být pouze 4GB.

exFAT — vylepšená verze systému FAT z roku 2006. Umožňuje ukládat soubory větší než 4 GB, zároveň je ale jednodušší než NTFS, díky čemuž je možné jej využít v zařízeních jako kamery, fotoaparáty a podobně. Je podporován systémy Windows, Mac OS a Android, neoficiálně (kvůli patentové zátěži) i systémem Linux.

NTFS — vyvinutý firmou Microsoft jako nástupce FAT jakožto výchozího souborového systému pro Windows (NT a pozdější). Vylepšuje efektivitu přístupu k datům, přidává možnosti řízení přístupu k souborům a žurnálování (záznam posledních změn pro obnovení konzistentního stavu v případě výpadku)

ext4 — aktuálně nejčastěji používaný souborový systém v Linuxových distribucích, navazuje vývojově na systémy ext2 a ext3. Jedná se o efektivní souborový systém podporující žurnálování, podporu extrémně velkých souborů a zrychlení kontroly konzistence (např. po výpadku), řízení přístupu a další.