ASCII-Zeichen bestehen aus 8-Bits. Base64 codiert 8-Bit-Zeichen zu 6-Bit-Zeichen, denn zum Beispiel das Email-Protokoll SMTP unterstützt in seiner ursprünglichen Fassung nur maximal 7-Bit-ASCII-Zeichen. Durch die Codierung steigt die ursprüngliche Datenmenge um 36%.

Zur Codierung werden nur die Zeichen A-Z, a-z, 0-9, + und / verwendet. Falls die Gesamtanzahl der Eingabebits nicht durch 24 teilbar ist, fügt Base64 Nullen als Füllbits ein. Komplette Füllbytes (8-Bits) werden dabei als = codiert. Sei der zu codierende Text „ABBA“. Nach der ASCII-Tabelle ergibt sich daraus diese Bitfolge:
01000001 01000010 01000010 01000001
Die Bitfolge wird nun in 6-Bit-Blöcke geteilt und am Ende mit Nullen aufgefüllt, bis die Anzahl der Bits durch 24 teilbar ist.
010000 010100 001001 000010 010000 010000 000000 000000
Es wurden 2 Füllbytes am Ende der Bitfolge eingefügt. Dadurch entstehen zwei Gleichheitszeichen am Ende des Codeworts. Die restlichen Bitfolgen werden entsprechend der Codetabelle übersetzt: