Типичная структура оптического ПЗУ: лазер (Аг, He, Ne и др.) — дискретный дефлектор (реализующий произвольную адресную выборку голограмм) — накопитель — фотоприёмная матрица (для вывода данных).В некоторых системах на одну ячейку, отводимую для субголограммы, записывается несколько голограмм (опорные пучки направляются под различными углами). Это позволяет в десятки раз увеличить общую емкость. Применяются различные варианты структуры и различные способы записи голограмм. В частности, фазовые голограммы дают большую дифракционную эффективность или КПД, чем амплитудные (27% вместо 4%).