關係模型的三個組成部分：關係數據結構、關係操作集合和關係完整性約束。
關係數據庫系統與非關係數據庫系統的區別是，關係系統只有“表”這一種數據結構; 而非關係數據庫系統還有其他數據結構，以及對這些數據結構的操作。
一、關係數據結構及形式化定義
關係模型的數據結構非常簡單，只包含單一的數據結構關係。
在用戶看來，關係模型中數據的邏輯結構是一張扁平的二維表。
1.關係
若關係中的某一屬性組的值能唯一地標識一個元組，而其子集不能，則稱該屬性組爲候選碼(candidate key )。 若一個關係有多個候選碼，則選定其中一個爲主碼(primary key)。候選碼的諸屬性稱爲主屬性(prime attribute)。不包含在任何候選碼中的屬性稱爲非主屬性(non-prime attribute)或非碼屬性(non-key attribute)。
關係可以有三種類型：基本關係(通常又稱爲基本表或基表)、查詢表和視圖表。其中，基本表是實際存在的表，它是實際存儲數據的邏輯表示；查詢表是查詢結果對應的表； 視圖表是由基本表或其他視圖表導出的表，是虛表，不對應實際存儲的數據。
關係模型要求關係必須是規範化(normalization)的， 即要求關係必須滿足一定的規範條件。 這些規範條件中最基本的一條就是， 關係的每一個分量必須是一個不可分的數據項。規範化的關係簡稱爲範式(Normal Form， NF)。
關係表中不允許還有表，簡言之不允許“表中有表”。
2.關係模式
關係的描述稱爲關係模式。關係數據庫中，關係模式是型，關係是值。
關係是關係模式在某一時刻的狀態或內容。關係模式是靜態的、穩定的，而關係是動態的、隨時間不斷變化的，因爲關係操作在不斷地更新着數據庫中的數據。例如，學生關係模式在不同的學年，學生關係是不同的。
3.關係數據庫
所有關係的集合構成一個關係數據庫。
關係數據庫的值是這些關係模式在某一時刻對應的關係的集合， 通常就稱爲關係數據庫。
4.關係模型的存儲結構
有的管理系統中，一個表對應一個文件。
二、關係操作
1.關係操作
增刪改查。關係的查詢表達能力很強，是關係操作中最主要的部分。
查詢操作又可以分爲選擇（select）、投影（project）、連接（join）、除（divide）、並（union）、差（except），交（intersection）、笛卡兒積等。 其中選擇、 投影、 並、 差、 笛卡兒積是5種基本操作， 其他操作可以用基本操作來定義和導出。
關係操作的特點是集合操作方式， 即操作的對象和結果都是集合。 這種操作方式也稱爲一次一集合(set-at-a-time)的方式。 相應地， 非關係數據模型的數據操作方式則爲一次一記錄(record-at-a-time)的方式。
2.關係數據語言的分類
(Structured Query Language, SQL)，是一種介於關係代數和關係演算之間的結構化查詢語言。SQL不僅具有豐富的查詢功能， 而且具有數據定義和數據控制功能， 是集查詢、 數據定義語言、 數據操縱語言和數據控制語言(Data Control Language, DCL)於
一體的關係數據語言。
三、關係的完整性
關係模型中有三類完整性約束：實體完整性（entity integrity）、參照完整性（referential integrity）和用戶定義的完整性（user-defined integrity）。
1)實體完整性：若屬性（指一個或一組屬性）A是基本關係R的主屬性， 則A不能取空值（null value）。所謂空值就是“不知道”或“不存在”或“無意義”的值。
2)參照完整性：關係與關係之間存在着相互引用、相互約束的情況。參照完整性規則就是定義外碼與主碼之間的引用規則。
設F是基本關係R的一個或一組屬性，但不是關係R的碼，Ks是基本關係S的主碼。如果F與Ks相對應，則稱F是R的外碼（foreign key），並稱基本關係R爲參照關係（referencing relation）。顯然，目標關係S的主碼Ks和參照關係R的外碼F必須定義在同一個（或同一組） 域上。如下圖。
參照完整性：若屬性(或屬性組)F是基本關係R的外碼，它與基本關係S的主碼Ks相對應(基本關係R和S不一定是不同的關係)，則對於R中每個元組在F上的值必須：
或者取空值(F的每個屬性值均爲空值)； #外碼屬性本身不是主屬性
或者等於S中某個元組的主碼值。
如上圖，R中的F必須滿足上述條件。
3)用戶定義完整性：針對某一具體關係數據庫的約束條件， 它反映某一具體應用所涉及的數據必須滿足的語義要求。例如某個屬性必須取唯一值等條件。
四、關係代數
關係代數是一種抽象的查詢語言，它用對關係的運算來表達查詢。
關係代數的運算對象是關係，運算結果亦爲關係。
運算符：
並(union)：由屬於R或屬於S的元組組成。
差(except)：由屬於R而不屬於S的所有元組組成。
交(intersection)：由既屬於R又屬於S的元組組成。
選擇(selection)：從關係R中選取使邏輯表達式F爲真的元組。這是從行的角度進行的運算。
投影(projection)：從R中選擇出若干屬性列組成新的關係。
連接(join)：從兩個關係的笛卡兒積中選取屬性間滿足一定條件的元組。一般從行的角度進行運算，但自然連接還需要取消重複列，所以是同時從行和列的角度進行運算。