第一層，每個客戶端連接都會在服務器進程中擁有一個線程，服務器會緩存這些線程，所以不需要爲每個連接創建或者銷燬線程；（連接處理，身份驗證，安全性）。
第二層，mysql的核心服務都在這一層，包括查詢解析，分析，優化，緩存以及內置函數等等。
第三層，存儲引擎負責mysql中數據的存儲和提取。
連接管理與安全
每個客戶端連接都會在服務器進程中擁有一個線程，這個連接的查詢只會在這個單獨的線程中執行，該線程只能輪流在某個CPU核心或者CPU中運行。服務器會負責緩存線程，因此不需要爲每一個新建的連接創建或者銷燬線程。（注：MySQL5.5或者更新的版本提供的一個API，支持線程池插件，可以使用池中少量的線程來服務大量的連接）。
當客戶端（應用）連接到MySQL服務器時，服務器需要對其進行認證。認證基於用戶名，原始主機信息和密碼。如果使用了安全套接字（SSL）的方式連接，還可以使用X.509證書認證。一旦客戶端連接成功，服務器會繼續驗證客戶端是否具有某個特定查詢的權限（例如，是否允許客戶端對world數據庫的Country表執行SELECT語句）。
優化與執行
MySQL會解析查詢，並創建內部數據結構（解析樹），然後對其進行各種優化，包括重寫查詢，決定表的讀取順序，以及選擇合適的索引等。用戶可以通過特殊的關鍵字提示（hint）優化器，影響它的決策過程。也可以請求優化器解釋（explain）優化過程的各個因素，使用戶可以知道服務器是如何進行優化決策的，並提供一個參考基準，便於用戶重構查詢和schema，修改相關配置，是應用儘可能高效運行。
優化器並不關心使用的是什麼存儲引擎，但存儲引擎對於優化查詢是有影響的。優化器會請求存儲引擎提供容量或某個具體操作的開銷信息，以及表數據的統計信息等。例如，某些存儲引擎的某種索引，可能對一些特定的查詢有優化。
對於SELECT語句，在解析查詢之前，服務器會先檢查查詢緩存（Query Cache），如果能夠在其中找到對應的查詢，服務器就不必再執行查詢解析、優化和執行的整個過程，而是直接返回查詢緩存中的結果集。