Поведение автомата наглядно описывают графом состояний: кружки — состояния, стрелки — переходы, на стрелках пишут условие перехода (значение входа), а для автомата Мили — ещё и выход.
От графа переходят к таблице переходов и выходов, затем кодируют состояния двоичными числами (для N состояний нужно ⌈log₂N⌉ триггеров) и выводят логические функции для входов триггеров и для выходов. Эти функции минимизируют и собирают на вентилях.
Структура реализации стандартна: регистр состояния (триггеры) хранит текущее состояние; комбинационная логика переходов вычисляет следующее состояние; комбинационная логика выходов формирует выходные сигналы. По каждому фронту такта регистр обновляется на вычисленное следующее состояние.
На диаграмме — цикл из четырёх состояний автомата (например, фазы светофора), последовательно сменяющих друг друга по тактам. Это сердце любого цифрового контроллера.