Digitaalinen signaali tarkoittaa rajallisella määrällä bittejä esitettyä signaalia. Käytännössä digitaalisena signaalina ymmärretään yleensä samplattu ja/tai kvantisoitu signaali (vrt. analoginen).

- Samplaaminen (engl. sampling) tarkoittaa näytteiden ottamista jatkuvasta signaalista (yleensä) tasaisin väliajoin. Esimerkiksi CD-levyllä on esitetty signaalin arvo 44100 kertaa sekunnissa eli noin 0.0227 millisekunnin välein.

- Kvantisointi (engl. quantization) tarkoittaa reaalisten arvojen pyöristämistä rajalliseen esitystarkkuuteen. Esimerkiksi CD-levyllä yhden arvon esittämiseen on käytössä 16-bittiä, jolloin eri signaalitasoja on vain 65536.

Edellisistä aiheutuu joitakin rajoitteita signaalille. Rajallisen näytteenottotaajuuden takia signaali voi esittää taajuuksia vain puoleen näytteenottotaajuuteen asti (esimerkiksi 22050 Hz CD-levyllä). Tätä pienemmät taajuudet voidaan teoreettisesti muuntaa takaisin hukkaamatta informaatiota (Shannon-Nyquist teoreema).

Sen sijaan suuremmat taajuudet ikäänkuin heijastuvat takaisinpäin, mitä kutsutaan aliasoinniksi (aliasing). Esimerkiksi 30000Hz taajuus CD-levyllä näyttäisi tarkaalleen samalta kuin 14100Hz taajuus (eli 30kHz - 22.05kHz = 7.95kHz ja takaisinpäin 22050Hz:stä: 22.05kHz - 7.95kHz = 14.1kHz). Näin ollen samplatessa tulee käyttää antialiasointisuodinta poistamaan yli tämän ns. Nyquist-taajuuden menevät taajuudet. Käytännössä mikään suodin ei ole täydellinen, joten vain matemaattista kaistarajoitettua signaalia voi samplata täysin ideaalisesti.

Musiikin kannalta valitettavin asia on että mikäli signaalin harmoniset ylä-äänet menevät yli Nyquist-taajuuden ne heijastuvat takaisin eivätkä ole enää harmonisessa suhteessa perustaajuuden tai toistensa kanssa, minkä voi kuulla epämiellyttävänä sirinänä. Tämä on erityisesti ongelma epälineaaristen efektien kuten säröjen kanssa, minkä vuoksi nämä usein oversamplaavat, eli nostavat näytteenottotaajuutta käsittelyn ajaksi jotta taajuudet eivät heijastuisi ja ne voitaisiin suodattaa pois.

Kvantisointi taasen lisää signaaliin jonkin verran harmonista säröä, sillä esimerkiksi yhdellä bitillä esitettyä siniaaltoa ei voi erottaa yhden bitin kanttiaallosta millään tavoin. Kvantisaatio on sitä suurempi ongelma mitä vähemmän bittejä signaalin esittämiseen käytetään, lisäksi kokonaisluvut kärsivät kvantisaation ongelmista useimmissa tapauksissa enemmän kuin vastaavan bittileveyden liukuluvut.

Kvantisaation vaikutuksia voidaan useissa tapauksissa jonkin verran vähentää ns. ditherillä (eng. dither). Tällöin kvantisoitavaan signaaliin lisätään pieniä määriä kohinaa ennen kvantisointia. Tämä aiheuttaa sen että kvantisoitu signaali keskimäärin muistuttaa alkuperäistä signaalia paremmin kuin suoraan kvantisoitu signaali.

Digitaaliset signaalit eivät luonnollisesti ole rajoitettuja yhteen ulottuvuuteen ja aika-akseliin kuten ääni vaan samplauksen ja kvantisoinnin periaatteet pätevät sellaisenaan myös kaksi- (kuva), kolme- (liikkuva kuva), ja useampiulotteisiin signaaleihin.