Sekvenssipiirin toteutus jakaantuu vaiheisiin. Työn kuluessa voidaan joutua palaamaan uudelleen aikaisempiin vaiheisiin.

Aluksi määritellään piirin toiminta. Määrittely on yleensä sanallinen kuvaus piirin toiminnasta. Piiriä tarkastellaan ulkoa päin, eikä sen otto- ja antosignaaleja vielä määritellä tarkasti. Sanallinen määrittely voi olla yksinkertaisille piireille pari lausetta, mutkikkaille hyvinkin laaja. Määrittelyyn voidaan liittää vuokaavio, jos se auttaa asiaa.

Määrittelyn pohjalta laaditaan piirin lohkokaavio. Lohkokaavio kuvaa piirin toiminnalliset osat, ei varsinaista toimintaa. Monimutkainen piiri jaetaan mielekkäisiin lohkoihin, koska monen pienen lohkon suunnitteleminen on helpompaa kuin yhden suuren. Lohkokaavioon merkitään näkyviin lohkojen väliset signaalit sekä piirin ulkoiset signaalit.

Määritellään lohko ja piirretään siitä tilakaavio joko tavallisena tilakone-esityksenä tai ASM -kaaviona (opetetaan myöhemmin). Tämän jälkeen toteutetaan lohkot käytettävissä olevilla piireillä ja piirretään piirikaaviot. (Nykyään on käytössä myös laitteiston korkean tason kuvauskieliä. Tällainen on esimerkiksi VHDL -kieli. Mikäli lohko kuvataan VHDL:ää käyttäen, ei välttämättä tarvita ollenkaan tilakone- tai ASM -mallia, vaan tietokone laatii tarvittavan mallin kuvauksen perusteella.)

Simuloidaan piiri käytettävissä olevilla simulaattoriohjelmilla. Ohjelma matkii piirin toimintaa ja tutkii sen toimintaa erilaisilla ottosignaalisekvensseillä. Näin pyritään selvittämään, toimiiko piiri määrittelyn edellyttämällä tavalla. Virheiden löytyessä palataan takaisinpäin toteutusvaiheissa ja korjataan virheet. Tämän jälkeen rakennetaan prototyyppi ja tutkitaan sen toimintaa mittalaitteilla. Sekä palataan taas taaksepäin korjaamaan lisää ilmenneitä virheitä. Nykyisin pyritään havaitsemaan virheet simulointivaiheessa, koska se on huomattavasti halvempaa ja nopeampaa. Simulointi- ja rakennusvaiheissa virheitä löytyy usein moneen kertaan, joten korjaus ja uudelleen testaus -vaiheita täytyy uusia.

Sekvenssipiirejä mallinnetaan siis tilakoneita piirtämällä. Näissä piirroksissa pyritään graafisesti esittämään, miten piirin toiminnan historia vaikuttaa piirin toimintaan tällä hetkellä tai tulevaisuudessa. Kansanomaisemmin ilmaistuna tilakaaviossa tarkastellaan kysymystä: Jos piiri aiemmin oli tietyssä tilanteessa (piirin nykytila) ja sai tietyn syötteen (ottosignaalit), niin minkälaiseen tilanteeseen piiri joutuu seuraavaksi (uusi tila) ja minne se tulee menemään, jollain tietyllä syötteellä?

Esimerkkinä tästä mallinnuksesta on alla poliitikon tilakone. Tässä tilanteessa tutkittavaa piiriä vastaa poliitikko. Poliitikko voi olla kolmenlaisessa eri tilanteessa (kierteessä, kateissa tai kuivilla). Piirin syötteitä (ottosignaalit) vastaavat vaimo ja UKK. Riippuen syötteistä poliitikko voi joko pysyä tilanteessa, jossa hän valmiiksi on tai siirtyä seuraavaan.