تستخدم البيتكوين بنية شبكة P2P (نظير إلى نظير) قائمة على الإنترنت، مما يعني أن كل جهاز كمبيوتر في نفس الشبكة هو نظير، وكل عقدة توفر خدمات الشبكة معًا دون أي عقد "خاصة". كل عقدة شبكة متصلة ببعضها البعض في طوبولوجيا "مسطحة". لا يوجد خادم أو خدمة مركزية أو تسلسل هرمي في شبكة P2P: كل عقدة توفر خدمات للعالم الخارجي أثناء استخدام الخدمات التي توفرها العقد الأخرى في الشبكة؛ وبالتالي فإن شبكات P2P موثوقة ولامركزية ومفتوحة. الإنترنت المبكر هو مثال نموذجي لبنية شبكة P2P: العقد في شبكة IP متساوية تمامًا. يمتلك هيكل الإنترنت اليوم هيكلًا هرميًا، ولكن بروتوكول IP يحتفظ بطوبولوجيا مسطحة. خارج البيتكوين، أكبر وأنجح تطبيق لتكنولوجيا P2P هو في مجال مشاركة الملفات: Napster هو رائد في هذا المجال، و BitTorrent هو أحدث تطور لبنيته.
بنية شبكة P2P التي تستخدمها البيتكوين هي أكثر من مجرد اختيار للطوبولوجيا. تم تصميم البيتكوين كنظام نقدي رقمي من نظير إلى نظير، وبنية شبكته هي انعكاس لأساس تلك الخاصية الأساسية وحجرها الأساسي. التحكم اللامركزي هو مبدأ تصميم أساسي، ولا يمكن تحقيقه إلا من خلال الحفاظ على شبكة توافق P2P مسطحة ولامركزية.
"شبكة البيتكوين" هي مجموعة من العقد التي تعمل وفقًا لبروتوكول البيتكوين P2P. بالإضافة إلى بروتوكول البيتكوين P2P، تحتوي شبكة البيتكوين أيضًا على بروتوكولات أخرى. على سبيل المثال، يستخدم بروتوكول Stratum للتعدين، وللمحافظ الخفيفة أو المحمول للبيتكوين. توفر خوادم توجيه البوابة هذه البروتوكولات، وتستخدم بروتوكول البيتكوين P2P للوصول إلى شبكة البيتكوين، وتوسيع الشبكة إلى عقد مختلفة تشغل بروتوكولات أخرى. على سبيل المثال، يربط خادم Stratum جميع عقد تعدين Stratum بشبكة البيتكوين الرئيسية عبر بروتوكول Stratum، ويجسر بروتوكول Stratum إلى بروتوكول البيتكوين P2P. نستخدم مصطلح "شبكة البيتكوين الموسعة" للإشارة إلى هيكل الشبكة العام الذي يحتوي على بروتوكول البيتكوين P2P، وبروتوكول تعدين تجمع التعدين، وبروتوكول Stratum، والبروتوكولات الأخرى المتعلقة بتوصيل مكونات نظام البيتكوين.
