Όλες οι ηλεκτρονικές ψηφιακές συσκευές, όπως τα κινητά τηλέφωνα, οι δέκτες πλοήγησης, οι ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές, οι προσωπικοί υπολογιστές, έχουν την δυνατότητα να στέλνουν, να λαμβάνουν, να αποθηκεύουν, να ανακτούν και να επεξεργάζονται πληροφορία, που τους παρουσιάζεται σε δυαδική μορφή. Αυτά τα ψηφιακά συστήματα, βασίζονται σε ηλεκτρονικές δομές, που έχουν τη δυνατότητα να αποθηκεύουν πληροφορία, δηλαδή διαθέτουν μνήμη.

Τα ψηφιακά κυκλώματα που έχουμε μελετήσει ως τώρα ήταν συνδυαστικά, δηλαδή οι έξοδοι τους εξαρτώνται πλήρως από τις τρέχουσες εισόδους τους με το χαρακτηριστικό να μην διαθέτουν μνήμη. Τα ακολουθιακά κυκλώματα είναι ψηφιακά κυκλώματα που έχουν στοιχεία αποθήκευσης, δηλαδή διαθέτουν μνήμη.

Τα ακολουθιακά κυκλώματα είναι ψηφιακές διατάξεις που συμπεριλαμβάνουν στοιχεία μνήμης, με τρόπο ώστε να σχηματίζεται ένας βρόγχος ανάδρασης. Τα στοιχεία μνήμης είναι ηλεκτρονικές δομές που μπορούν να αποθηκεύουν δυαδικές πληροφορίες. Το ακολουθιακό κύκλωμα λαμβάνει στις εισόδους του δυαδικές πληροφορίες από το περιβάλλον του. Οι πληροφορίες αυτές, μαζί με την τρέχουσα κατάσταση των στοιχείων μνήμης, καθορίζουν τη δυαδική τιμή των εξόδων.

Οι έξοδοι ενός ακολουθιακού κυκλώματος είναι συνάρτηση όχι μόνο των εισόδων, αλλά και της παρούσας κατάστασης των στοιχείων μνήμης, σε αντίθεση με ένα συνδυαστικό κύκλωμα του οποίου οι έξοδοι εξαρτώνται μόνο από τις παρούσες τιμές των εισόδων.

Υπάρχουν δυο βασικοί τύποι ακολουθιακών κυκλωμάτων, οι οποίοι χαρακτηρίζονται από τον χρονισμό των σημάτων τους. Το σύγχρονο ακολουθιακό κύκλωμα είναι ένα σύστημα, η συμπεριφορά του οποίου καθορίζεται από την τιμή συγκεκριμένων σημάτων του σε διακριτά χρονικά σημεία.

Εν αντιθέσει, η συμπεριφορά ενός ασύγχρονου ακολουθιακού κυκλώματος εξαρτάται ανά πάσα στιγμή τόσο από τα σήματα εισόδου όσο και από τη σειρά με την οποία αλλάζουν οι είσοδοι.

Σε ένα σύγχρονο ακολουθιακό κύκλωμα χρησιμοποιούνται σήματα που επηρεάζουν τα στοιχεία μνήμης με τη χρήση μιας ηλεκτρονικής διάταξης, που αποκαλείται γεννήτρια ρολογιού. Οι παλμοί ρολογιού διανέμονται σε όλο το σύστημα με τέτοιο τρόπο, ώστε τα στοιχεία μνήμης να επηρεάζονται μόνο κατά τη στιγμή της άφιξης κάθε νέου (επόμενου) παλμού.

Τα στοιχεία αποθήκευσης (μνήμης) που χρησιμοποιούνται στα ακολουθιακά κυκλώματα με ρολόι αποκαλούνται flip-flop. Το flip-flop είναι μια διάταξη που μπορεί να αποθηκεύσει ένα ψηφίο (bit) δυαδικής πληροφορίας. Η έξοδος ενός flip-flop, όταν αυτό βρίσκεται σε σταθερή κατάσταση, είναι είτε 0 είτε 1. Σε κάθε ακολουθιακό κύκλωμα χρησιμοποιείται ο αναγκαίος αριθμός flip-flop για την αποθήκευση του επιθυμητού πλήθους δυαδικών ψηφίων.

Οι έξοδοι ενός σύγχρονου ακολουθιακού κυκλώματος, παράγονται ως συνδυαστικές λογικές συναρτήσεις των εισόδων του κυκλώματος ή των τιμών που αποθηκεύονται στα flip-flop ή αμφότερων. Η τιμή που αποθηκεύεται σε ένα flip-flop με κάθε παλμό ρολογιού, καθορίζεται επίσης, από τις εισόδους του κυκλώματος ή από τις τιμές που είχαν αποθηκευτεί στα flip-flop κατά τον προηγούμενο παλμό ρολογιού. Οι νέες τιμές αποθηκεύονται στα flip-flop τη στιγμή που έρχεται ένας νέος παλμός του σήματος ρολογιού.

Πριν από τον παλμό ρολογιού, το συνδυαστικό κύκλωμα που προσδιορίζει τις επόμενες τιμές των flip-flop πρέπει να έχει φτάσει σε σταθερές τελικές τιμές εξόδων. Επομένως η ταχύτητα με την οποία λειτουργούν τα κυκλώματα συνδυαστικής λογικής είναι κρίσιμης σημασίας.

Η κατάσταση των flip-flop μπορεί να αλλάξει μόνο κατά τη στιγμή της αλλαγής τιμής του σήματος παλμών ρολογιού, όπως για παράδειγμα, όταν η τιμή του σήματος ρολογιού αλλάζει από 0 σε 1. Επομένως, η μετάβαση του ακολουθιακού κυκλώματος από μια κατάσταση στην επόμενη μπορεί να συμβεί μόνο σε προκαθορισμένες χρονικές στιγμές, οι οποίες προσδιορίζονται από τους παλμούς ρολογιού.