Twardy dysk ze swoimi maleńkimi elementami wykonanymi z dokładnością przy której, zegarmistrzowska precyzja przypomina raczej kowalską robotę to w istocie arcydzieło technologii. Prawdziwym cudem jest jednak głowica. W nowoczesnych konstrukcjach stosuje się tak zwane głowice magnetorezystywne.
 
Gwoli ścisłości powinno się raczej używać określenia „hybrydowe” – do zapisu danych służy elektromagnetyczna głowica cienkowarstwowa (jej mikroskopijna ceweczka ma około 10 zwojów), głowica magnetorezystywna służy do odczytu. Wykorzystuje ona efekt zmiany oporności elektrycznej specjalnego materiału (stop żelaza i niklu) przy zmianie pola magnetycznego i jest o wiele czulsza od głowicy elektromagnetycznej. Pozwala to znacznie zmniejszyć powierzchnię zajmowaną przez każdy bit informacji, a więc – zwiększyć gęstość zapisu.   Współczesne dyski charakteryzują się gęstością rzędu 1 gigabita na cal kwadratowy, zaś w laboratoriach IBM (to właśnie w nich stworzono pierwsze głowice magnetorezystywne) osiągnięto w grudniu 1996 roku gęstość 5 gigabitów na cal kwadratowy.
Przy tej gęstości na jednym calu długości ścieżki mieści się 240 tysięcy bitów, na jeden cal promienia dysku przypada 21 tysięcy ścieżek, a jeden bit zajmuje powierzchnię 1,2 na 0,1 mikrometra (przekrój ludzkiego włosa zmieściłby około 1000 bitów). Dzięki doskonaleniu technologii GMR (Giant Magnetoresistive Effect) naukowcy przewidują osiągnięcie przed końcem wieku gęstości 10 Gb na cal kwadratowy.
 
Pozycjonowanie głowicy 
 
 Kiedyś na potrzeby „nawigacji” zarezerwowana była cała jedna powierzchnia dysku, na której zapisane były znaczniki ścieżek i sektorów dla pozostałych głowic – system taki nazywał się „dedicated servo”. Dzisiejsze napędy wykorzystują technologię „embedded servo” – znaczniki umieszczone są na powierzchniach roboczych i przemieszane z obszarami danych. Wiąże się to co prawda z przydzieleniem elektronice dysku dodatkowych zajęć, pozwala jednak zwiększyć efektywną pojemność urządzenia. W celu uniknięcia błędów odczytu głowica musi znajdować się dokładnie nad środkiem danej ścieżki. Nie jest to wcale łatwe zadanie, gdyż pod wpływem ciepła materiał, z którego wykonane są płyty dysku, może ulec odkształceniom.
 
 W odróżnieniu od tradycyjnej techniki Servo, przy której głowica musiała regularnie korzystać ze ścieżki sterującej, aby zoptymalizować swoją pozycję, mechanizm Embedded Servo wykorzystuje informacje sterujące zapisane na każdej ścieżce. Głowice zapisująco – odczytujące mogą więc korzystać z nich przez cały czas, co umożliwia dokładniejsze pozycjonowanie. Technika Embedded Servo działa na podobnej zasadzie, jak automatyczny pilot, który nieprzerwanie dba o utrzymanie właściwego toru lotu. Stosowana dawniej okresowa kalibracja głowicy dysku powodowała natomiast dodatkowe przerwy w transmisji danych.Inteligentne układy sterujące pozwoliły także zmienić sposób przesuwania głowicy nad szukaną ścieżkę – niegdyś służyły do tego stosunkowo powolne i zawodne silniczki krokowe (do dziś używane w stacjach dyskietek zdradzają swą obecność charakterystycznym burczeniem), teraz delikatne jak piórko kolibra ramię głowicy wychylane jest na podobieństwo wskazówki miernika elektrycznego za pomocą cewki, przez którą przepływa prąd o odpowiednio dobranym natężeniu  (tzw. voice coil) – dzięki temu średni czas dostępu do danych to dziś 10 lub mniej milisekund. Niektóre firmy stosują technologię „Read on Arrival”, wykorzystującą mechanizm korekcji błędów – pierwsza próba odczytu podejmowana jest jeszcze zanim głowica ustabilizuje się nad żądaną ścieżką; albo próba się powiedzie, albo skutecznie zadziała mechanizm korekcji błędu odczytu, w najgorszym przypadku trzeba będzie ponowić odczyt – nic do stracenia, a można zyskać cenne milisekundy.
 
PRML (Partial Response Maximum Likelihood)
 
Większość napędów jeszcze do niedawna podczas odczytu danych używała techniki zwanej peak detection (wykrywanie wartości ekstremalnych – maksimum siły sygnału). W miarę wzrostu gęstości zapisu rozróżnienie sąsiednich wartości szczytowych sygnału od siebie nawzajem i od tzw. tła stawało się coraz trudniejsze. Problem ten rozwiązywano wstawiając pomiędzy sąsiadujące szczyty („jedynki”) rozdzielające chwile ciszy („zera”). Takie postępowanie sprowadzało się do kodowania zerojedynkowych ciągów za pomocą ciągów bardziej przejrzystych, czyli łatwiej identyfikowalnych, lecz z konieczności dłuższych. To oczywiście obniżało efektywną gęstość zapisu danych, a w konsekwencji także wydajność napędu.
Z pomocą przyszła opracowana na potrzeby długodystansowej komunikacji w przestrzeni kosmicznej technologia PRML (Partial Response Maximum Likelihood). Pochodzący z głowicy odczytującej analogowy sygnał jest próbkowany w wielu miejscach, a następnie cyfrowo filtrowany przez wbudowany w elektronikę dysku dedykowany procesor sygnałowy DSP. Uzyskaną w ten sposób próbkę analizuje się algorytmem Viterbi. Sprawdza on wszystkie kombinacje danych, które mogły wygenerować zbliżony ciąg i wybiera tę najbardziej prawdopodobną. Umożliwia to dodatkowe zwiększenie czułości kanału odczytu i istotne zmniejszenie prawdopodobieństwa wystąpienia błędów odczytu. Najlepsze efekty daje połączenie technologii PRML z magnetorezystywną głowicą odczytującą ze względu na dobrą jakość generowanego przez nią sygnału analogowego. Głowica magnetorezystywna (MRH) wykorzystuje inne zjawisko fizyczne niż głowice, zbliżone konstrukcją do stosowanych w zwykłych magnetofonach. Element czytający MRH jest wykonany z substancji zmieniającej oporność w polu magnetycznym, więc namagnesowanie nośnika bezpośrednio rzutuje na natężenie płynącego przez głowicę MR prądu. Istotną zaletą technologii MR jest większa czułość, pozwalająca na radykalne zwiększenie gęstości zapisu, a co za tym idzie – wzrost pojemności napędu przy zachowaniu jego rozmiarów.

PRML oznacza także inną metodę kodowania danych na dysku: o ile przejście ze starej metody MFM (Multiple Frequency Modulation) na bardziej zaawansowaną RLL (Run Length Limited) oznaczało wzrost upakowania danych o około 50%, PRML daje tu kolejne 20-40% zysku (różne źródła podają różne wartości).