串行ATA（英语：Serial ATA，全称：Serial Advanced Technology Attachment）是一种电脑总线，负责主板和大容量存储设备（如硬盘及光盘驱动器）之间的数据传输，主要用于个人电脑。串行ATA与串列SCSI（SAS: Serial Attached SCSI）的两者排线兼容，SATA硬盘可接上SAS接口。
2000年11月由“Serial ATA Working Group”团体所制定，取代旧式PATA（Parallel ATA或旧称IDE）接口的旧式硬盘，因采用串行方式传输数据而得名。在数据传输上这一方面，SATA的速度比以往更加快捷，并支持热插拔，使电脑运作时可以插上或拔除硬件。另一方面，SATA总线使用嵌入式时脉信号，具备比以往更强的纠错能力，能对传输指令（不仅是数据）进行检查，如果发现错误会自动矫正，提高数据传输的可靠性。不过，SATA和以往最明显的分别，是使用较细的排线，有利机箱内部的空气流通，某程度上增加整个平台的稳定性。
现时，SATA分别有SATA 1.5Gbit/s、SATA 3Gb/s和SATA 6Gb/s三种规格。2013年推出更快速的SATA Express规格。
需要注意的是，在一些新的技术标准中，为了防止数据在高速传输中出错而加入校验码，比如PCI-E 2.0、USB 3.0和SATA 3.0中采用的是8/10编码，每10位编码中只有8位是真实数据，这时单位换算就不再是1:8而是1:10，USB 3.0的5Gbps速度实际上是理论500MB/s而非理论625MB/s，SATA 6Gbps的理论速度则是600MB/s而非750MB/s。
所谓3Gb/s的算法，3000MHz的频率x每次发送一个数据x 80%(8b/10b的编码) / 8 bits per byte = 300MBytes/s，同理1.5Gb/s也是这样可算成150MB/s，也就是一般我们在买硬盘时，有时候会看到SATA 150MB/s / 300MB/s，有时候又会看到SATA 1.5Gb/s / 3Gb/s的缘故。
以USB 3.0而言，它拥有5Gbps的带宽，每次发送一个数据x 80%(8b/10b的编码) / 8 bits per byte = 500MBytes/s，所以USB 3.0的带宽比SATA 3.0的600MB/s还来的小。
传统的Parallel ATA使用单模信号放大系统“single-end-signal-amplified-system”。在这种系统中，噪声会随着正常信号一起传输、放大，不易被抑制；在高速时尤其严重，为了有效的减少噪声的干扰，我们只好使用高达5V的电压来发送正常信号，使大电压的正常信号盖过小电压的噪声信号。虽然大的电压可以有效的抑制噪声，但是大的电压同时也表示驱动电路的生产成本将因此上升，大电压更不利于高速传输系统的设计和制造，高达5V的传输电压限制追求高速和低成本的可能性。
和Parallel ATA相比，新的Serial ATA使用差分信号系统（differential-signal-amplified-system）。这种系统能有效的将噪声从正常信号中滤除，良好的噪声滤除能力使得SATA只要使用低电压操作即可，和Parallel ATA高达5V的传输电压相比，SATA只要0.5V（500mv）的峰对峰值电压即可操作于更高的速度之上。比较正确的说法是：峰对峰值‘差模电压’。
和Parallel ATA的5V驱动电压相比，0.5V的SATA系统节省电力，其驱动IC的生产成本也较为便宜。
有种排线附有小金属片可以卡住插座，比较不会发生不小心将排线拔出的问题。
SATA支持高级主机控制器接口功能，可让SATA存储设备激活高级SATA功能，例如NCQ及热插拔。
SATA 1.0于2003年1月7日推出，为第一代SATA接口，坊间的非官方名称为SATA-1，传输速度为1.5Gbit/s。
SATA 2.0于2004年正式推出，坊间的非官方名称为SATA-2（SATA-II），符合ATA-7规范，传输速度可达3.0Gbit/s。显示SATA的速度提升是以几何级数增长，这点和PATA的算术级数增长是不同的。
SATA 3Gb/s比SATA 1.5Gb/s进步的地方在于：
SATA 3.0于2009年5月26日完成最终规格发布，比上一代提升一倍速率至6Gb/s，此外增加多项新技术，包含新增NCQ指令以改良传输技术，并减低传输时所需耗电量。
依据Serial ATA Revison 3.0规格白皮书，AHCI底下改善（NCQ）串行指令NCQ的指令数目、NCQ的指令优先权及算法SATA 3.0亦会增加，包括为即时性的资源提供优先处理，主要用于影像及音像传输方面。此外SATA 3.0同时会为正被系统处理中的资源作优先安排，大大提升系统的运行效率。
为了降低耗电，SATA 3.0采用全新INCITS ATA8-ACS标准，不但可兼容旧有的SATA设备、改良传输信号技术，亦大幅减低SATA2.0传输时所需功耗。
针对笔记本电脑（NB）市场对体积的需求，SATA 3.0提供较一般SATA2.0接口细小的LIF接口（Low Insertion Force Connector），专门针对1.8吋的存储设备，包括仅厚7mm光盘驱动器。
2011年7月18日SATA-IO公布SATA3.1规格，3.1版带来诸多特性，例如节电测量，TRIM性能提升和一些杂项调整。
3.1版带来一个新的mini SATA接口，主要用于为移动计算设备增强互操作性，Zero-Power Optical Disk Drive（ODD）的发明减少闲置光盘驱动器的耗电量，用新的电源管理策略降低整个系统的电力需求。TRIM改进允许SATA固态硬盘在不影响性能的前提下自行修剪，改善SSD的性能，同时还带来让主机识别设备的硬件设备功能，提升SATA的兼容性。
另一个值得注意的是SATA通用存储模块（USM）和热插拔SATA驱动器模块，它让SATA硬盘的热插拔机制更为成熟，目前希捷GoFlex部分型号的硬盘已经开始支持。
于2011年7月发布。引入改变这些功能：
为解决固态硬盘的数据发送瓶颈，国际序列式ATA组织正着手制定下一代串列ATA的标准——SATA 3.2。SATA Express最大发送速率为16Gb/s，使用两条PCIe 3.0总线连接SSD。连接端口和制式向下兼容前三代SATA的标准。
于2016年2月22号提出，主要为优化SMR技术，将硬盘存储密度提升到25%，还可将SATA远程断电（Power Disable）。
External Serial ATA的略称，是为面向外接驱动器而制定的Serial ATA 1.0a的扩展规格。虽然规模比较小，但已经有相对应的产品在市面流通。它最大的缺点是没有电力供应，竞争对手USB, FireWire, Thunderbolt都能传输数据及电力。这使得eSATA硬盘需要连接一个独立变压器才可运作。
官方标志
左：SATA
右：eSATA
eSATA插座
eSATAp插座结合了eSATA和USB
为了解决供电问题，SATA-IO于2008年推出了eSATAp (Power over eSATA)，它结合了eSATA的七个针脚及USB 2.0的四个针脚，利用USB针脚提供5V及12V（可选）电压。此插座主要在硬盘外接盒中使用，既可以插入eSATA，也可以插入USB。
mSATA (mini-SATA)是迷你版本SATA接口，外型和电子介面与mini PCI-E完全相同，但电子信号不同，两者互不兼容。mSATA接口多用于固态硬盘，适用于需要尺寸较小的存储器的场合（例如超极本）。
mSATA固态硬盘形似mini PCI-E扩展卡，尺寸很小，有助于节省机器内部空间。官方标准为MO-300 mSATA，也有自定长度的mSATA固态硬盘。
<10 km (fiber)
与 PATA 不同，SATA 和 eSATA 都支持热插拔，但此功能需要主机、设备和操作系统的支持。基本上所有 SATA 设备（硬盘）都支持热插拔（基于设备的需要），绝大部分的 SATA 主机适配器都支持此指令。
