Base64是一种使用64基的位置计数法。它使用2的最大次方来代表仅可打印的ASCII 字符。这使它可用来作为电子邮件的传输编码。在Base64中的变量使用字符A-Z、a-z和0-9，这样共有62个字符，用来作为开始的64个数字，最后两个用来作为数字的符号在不同的系统中而不同。一些如uuencode的其他编码方法，和之后binhex的版本使用不同的64字符集来代表6个二进制数字，但是它们不叫Base64。
在MIME格式的电子邮件中，base64可以用来将binary的字节序列数据编码成ASCII字符序列构成的文本。使用时，在传输编码方式中指定base64。使用的字符包括大小写字母各26个，加上10个数字，和加号「+」，斜杠「/」，一共64个字符，等号「=」用来作为后缀用途。
完整的base64定义可见 RFC1421和 RFC2045。编码后的数据比原始数据略长，为原来的4/3。在电子邮件中，根据RFC822规定，每76个字符，还需要加上一个回车换行。可以估算编码后数据长度大约为原长的135.1%。
转换的时候，将三个byte的数据，先后放入一个24bit的缓冲区中，先来的byte占高位。数据不足3byte的话，于缓冲区中剩下的Bit用0补足。然后，每次取出6个bit，按照其值选择ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/中的字符作为编码后的输出。不断进行，直到全部输入数据转换完成。
如果最后剩下两个输入数据，在编码结果后加一个「=」；如果最后剩下一个输入数据，编码结果后加两个「=」；如果没有剩下任何数据，就什么都不要加，这样才可以保证资料还原的正确性。
举例来说，一段引用自Thomas Hobbes's Leviathan的文句：
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Man is distinguished, not only by his reason, but by this singular passion from
other animals, which is a lust of the mind, that by a perseverance of delight in
the continued and indefatigable generation of knowledge, exceeds the short vehemence
of any carnal pleasure. |
经过base64编码之后变成：
TWFuIGlzIGRpc3Rpbmd1aXNoZWQsIG5vdCBvbmx5IGJ5IGhpcyByZWFzb24sIGJ1dCBieSB0aGlz
IHNpbmd1bGFyIHBhc3Npb24gZnJvbSBvdGhlciBhbmltYWxzLCB3aGljaCBpcyBhIGx1c3Qgb2Yg
dGhlIG1pbmQsIHRoYXQgYnkgYSBwZXJzZXZlcmFuY2Ugb2YgZGVsaWdodCBpbiB0aGUgY29udGlu
dWVkIGFuZCBpbmRlZmF0aWdhYmxlIGdlbmVyYXRpb24gb2Yga25vd2xlZGdlLCBleGNlZWRzIHRo
ZSBzaG9ydCB2ZWhlbWVuY2Ugb2YgYW55IGNhcm5hbCBwbGVhc3VyZS4=
一个例子
「M」的ASCII碼 = 77 = 01001101
「a」的 = 97 = 01100001
「n」的 = 110 = 01101110
将这三个字节合并，得出一个24位的资料：
010011010110000101101110
现在六个一组的分开，这样便得到六个数。将这些数转为：
010011 = 19 = T （T是第19个英文字母）
010110 = 22 = W （W是第22个英文字母）
000101 = 5 = F
101110 = 46 = u （U是第20个英文字母）
base64编码是：
00010011 00010110 00000101 00101110
即是每3个未编码字节，编码后会得到4个字节。
- 加密M：M=01001101，变成加密010011010000，六个一组分开是010011 010000，结果是TQ，然后在后面加两个「=」，结果就是「TQ==」。
UTF-7
UTF-7 是一个修改的Base64（Modified Base64）。主要是将UTF-16的数据，用Base64的方法编码为可打印的 ASCII
字符序列。目的是传输 Unicode 数据。主要的区别在于不用等号"="补余，因为该字符通常需要大量的转译。
标准可见RFC 2152, 《A Mail-Safe Transformation Format of Unicode》。
IRCu
在IRCu等软件所使用的P10 IRC服务器间协议中，对客户与服务器的消息类型号(client/server numerics)和二进制IP地址采用了base64编码。消息类型号的长度固定为3字节，故可直接编码为4个字节而不需要加填充。对IP地址进行编码时，则需要在地址前添加一些0比特，使之可以编码为整数个字节。这里所用的符号集与前述MIME的也有所不同，将+/改成了[]。
在URL中的应用
Base64编码可用于在HTTP环境下传递较长的标识信息。例如，在Java Persistence系统Hibernate中，就采用了Base64来将一个较长的唯一标识符（一般为128-bit的UUID）编码为一个字符串，用作HTTP表单和HTTP
GET URL中的参数。在其他应用程序中，也常常需要把二进制数据编码为适合放在URL（包括隐藏表单域）中的形式。此时，采用Base64编码不仅比较简短，同时也具有不可读性，即所编码的数据不会被人用肉眼所直接看到。
然而，标准的Base64并不适合直接放在URL里传输，因为URL编码器会把标准Base64中的「/」和「+」字符变为形如「%XX」的形式，而这些「%」号在存入数据库时还需要再进行转换，因为ANSI
SQL中已将「%」号用作通配符。
为解决此问题，可采用一种用于URL的改进Base64编码，它不在末尾填充'='号，并将标准Base64中的「+」和「/」分别改成了「*」和「-」，这样就免去了在URL编解码和数据库存储时所要作的转换，避免了编码信息长度在此过程中的增加，并统一了数据库、表单等处对象标识符的格式。
另有一种用于正则表达式的改进Base64变种，它将「+」和「/」改成了「!」和「-」，因为「+」,「*」以及前面在IRCu中用到的「[」和「]」在正则表达式中都可能具有特殊含义。
此外还有一些变种，它们将「+/」改为「_-」或「._」（用作编程语言中的标识符名称）或「.-」（用于XML中的Nmtoken）甚至「_:」（用于XML中的Name）。
其他应用
- Mozilla Thunderbird和Evolution用Base64來保密电子邮件密码
- Base64 也会经常用作一个简单的“加密”来保护某些数据，而真正的加密通常都比较繁琐。
- 垃圾信息传播者用Base64來避过反垃圾邮件工具，因为那些工具通常都不会翻译Base64的信息。
- 在LDIF档案，Base64用作编码字串。