Последовательный интерфейс полностью эмулирует параллельный, используя для обмена те же регистры и команды, обеспечивая совместимость с предыдущими версиями ATA. В SATA нет понятия главного и подчиненного устройства. Все подключенные накопители являются независимыми устройствами, что позволило избавиться от необходимости использования перемычек для выбора главного и подчиненного устройства в ATA канале.

В параллельном интерфейсе ATA используются сигналы амплитудой 5 вольт, а обеспечить такое напряжение на выходе микросхем, питающихся от меньшего напряжения, стало затруднительным. В SATA уровень сигналов снижен и составляет 0.4 вольт.

Информационный кабель последовательного интерфейса состоит из 7 проводов, из них 3 провода не используются, а оставшиеся 4 используются парами (одна для передачи, другая для приема). Таким образом, кабель стал тонким и круглым, что позволило несколько улучшить охлаждение компонентов внутри системного блока. Разъем конструктивно предусматривает защиту от неправильного подключения.

Изменившийся разъем питания, до повсеместного появления в блоках питания разъемов для SATA, стал "головной болью", т.к. приходится использовать дополнительный переходник, что увеличивает число контактов в цепи питания жесткого диска, а современные жесткие диски являются достаточно мощными потребителями энергии, особенно в момент запуска двигателя.

К сожалению, поддержка подключения и замены жестких дисков без выключения компьютера, описана в стандарте как опциональная, и ее реализация осуществляется самим производителем жестких дисков самостоятельно.

SATA, не смотря на заверения продавцов, не увеличивает производительность жестких дисков. Мало того, первая рыночная волна жестких дисков совместимых с SATA, обладала худшей производительностью по сравнению с полностью аналогичными устройствами использующих классический параллельный интерфейс.