Die derzeit bedeutendste Anwendungsart der elektronischen Signatur ist die digitale Signatur. Sie beruht, vereinfacht gesagt, auf der Verschlüsselung einer für den Dokumenteninhalt repräsentativen Datenkombination. Dem Anwender werden von der Zertifizierungsstelle zwei Datensätze, genannt Schlüssel, zugeordnet. Dieses Schlüsselpaar besteht aus einem privaten und einem dazupassenden öffentlichen Schlüssel. Man spricht auch von asymmetrischer Verschlüsselung oder Public-Key-Verfahren.
Der private Schlüssel ist geheim und nicht einmal dem Anwender bekannt; er muss von diesem vor Zugriffen Unberechtiger gesichert werden; dies geschieht entweder mit einem Passwort, einem PIN-Code wie bei der Bankomat-Karte oder durch Verwendung von eigens dafür vorgesehenen SmartCards mit Lesegeräten.
Der öffentliche Schlüssel wird über das Internet frei zugänglich gemacht; er dient der Überprüfung der elektronischen Signatur. Mit Hilfe mathematischer Verfahren wird im digitalen Dokument ein "elektronischer Fingerabdruck" erzeugt, der mit dem auf dem PC oder einer Chipkarte (bei der sicheren elektronischen Signatur) gespeicherten privaten Schlüssel kodiert wird. Vereinfacht ausgedrückt werden die aneinandergereihten Binärzahlen aller Zeichen des Dokumentes einer komplizierten Berechnung mit sehr hohen Primzahlen unterzogen und daraus der sogenannte Hash-Wert ermittelt. Dieser wird mit dem privaten Schlüssel verschlüsselt. Bei der Übermittlung des Dokumentes im Klartext wird die daraus erstellte Signatur mitgeschickt. Auf dem Computer des Empfängers wird mit dem öffentlichen Schlüssel des Absenders, der über das Internet besorgt wird, die Probe durchgeführt. Ist der beim Empgänger auf diese Weise ermittelte Hash-Wert ident mit dem unabhängig davon aus dem Klartext errechneten, ist das Dokument im Originalzustand. Jede kleinste Veränderung, auch das bloße Hinzufügen einer Leerstelle, würde den Hashwert verändern.