Сначала сообщение представляется в виде байтов, к нему добавляются выравнивающие биты и исходная длина, после чего данные делятся на 1024-битные блоки. Каждый блок проходит 80 раундов 64-битных операций, сложений по модулю, констант и значений расписания сообщения. Итоговое состояние состоит из восьми 64-битных слов, которые образуют 512-битный дайджест.
SHA-512 используют для проверки целостности, идентификаторов содержимого, цифровых подписей, отпечатков сертификатов и контрольных сумм программ. Он также входит в HMAC-SHA-512 для аутентификации сообщений и PBKDF2-HMAC-SHA-512 для вывода ключей. Обычный SHA-512 сам по себе не обеспечивает аутентификацию и не подходит для безопасного хранения паролей.