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H.264编码器输出的Bit流中，每个Bit都隶属于某个句法元素。句法元素被组织成有层次的结构，分别描述各个层次的信息。
H.264分层结构由五层组成，分别是序列参数集、图像参数集、片（Slice）、和宏块和子块。参数集是一个独立的数据单位，不依赖于参数集外的其它句法元素。图2描述了参数集与参数集外的句法元素之间的关系。
图2描述了参数集与参数集外的句法元素之间的关系。
一个参数集不对应某一个特定的图像或序列，同一序列参数集可以被多个图像参数集引用，同理，同一个图像参数集也可以被多个图像引用。只在编码器认为需要更新参数集的内容时，才会发出新的参数集。
在H.264中，图像以序列为单位进行组织。一个序列的第一个图像叫做IDR图像，IDR图像都是I帧。H.264引入IDR图像为了解码的同步。当解码器解码到IDR图像时，立即将参考帧队列清空，将已解码的数据全部输出或抛弃，重新查找参数集，开始一个新的序列。这样，如果前一个序列出现重大错误，在这里可以获得重新同步的机会。IDR图像之后的图像永远不会使用IDR之前的图像的数据来解码。
IDR是I帧，但I帧不一定是IDR。I帧之后的图像有可能会使用I帧之前的图像做运动参考。
描述子描述从Bit流中取出句法元素的方法。
| 编号 | 语法 | 说明 |
|---|---|---|
| 1 | ae (e) | CABAC |
| 2 | b (8) | 读进连续的8个Bit |
| 3 | ce (v) | CAVLC |
| 4 | f (n) | 读进连续的n个Bit |
| 5 | i (n)/i (v) | 读进连续的若干Bit，并把它们解释为有符号整数 |
| 6 | me (v) | 映射指数Golomb熵编码 |
| 7 | se (v) | 有符号指数Golomb熵编码 |
| 8 | te (v) | 截断指数Golomb熵编码 |
| 9 | u (n)/u (v) | 读进连续的若干Bit，并把它们解释为无符号整数 |
| 10 | ue (v) | 无符号指数Golomb熵编码 |
句法元素的名称由小写字母和一系列下划线组成，变量名称是大小写字母组成，中间没有下划线。
编码器将每个NAL各自独立、完整地放入一个分组，因为分组都有头部，解码器可以方便地检测出NAL的分界，并依次取出NAL进行解码。
每个NAL前有一个起始码 0x000001，解码器检测每个起始码，作为一个NAL的起始标识，当检测到下一个起始码时，当前NAL结束。同时H.264规定，当检测到0x000000时，也可以表征当前NAL的结束。对于NAL中数据出现0x000001或0x000000时，H.264引入了防止竞争机制。如果编码器检测到NAL数据存在0x000001或0x000000时，编码器会在最后个字节前插入一个新的字节0x03，这样：
0x000000－＞0x00000300
0x000001－＞0x00000301
0x000002－＞0x00000302
0x000003－＞0x00000303
解码器检测到0x000003时，把03抛弃，恢复原始数据。
解码器在解码时，首先逐个字节读取NAL的数据，统计NAL的长度，然后再开始解码。
序列参数集（SPS）用于描述编码器的序列参数。以下是序列参数集的主要内容：
| 句法 | C | 说明 |
|---|---|---|
| seq_parameter_set_rbsp() | 0 | |
| profile_idc | 0 | |
| constraint_set0_flag | 0 | |
| constraint_set1_flag | 0 | |
| reserved_zero_5bits | 0 | |
| level_idc | 0 | |
| seq_parameter_set_id | 0 | |
| log2_max_frame_num_minus4 | 0 | |
| pic_order_cnt_type | 0 | |
| delta_pic_order_always_zero_flag | 0 | |
| offset_for_ref_frame[i] | 0 | |
| num_ref_frames | 0 | |
| gaps_in_frame_num_value_allowed_flag | 0 | |
| pic_width_inmbs_minus1 | 0 | |
| pic_height_in_map_units_minus1 | 0 | |
| frame_mbs_only_flag | 0 | |
| mb_adaptiv_frame_field_flag | 0 | |
| direct_8x8_inference_flag | 0 | |
| frame_cropping_flag | 0 | |
| frame_crop_left_offset | 0 | |
| frame_crop_right_offset | 0 | |
| frame_crop_top_offset | 0 | |
| frame_crop_bottom_offset | 0 | |
| vui_parameters_present_flag | 0 | |
| rbsp_trailing_bits() | 0 |
这些参数共同描述了序列的编码参数，确保解码器能够正确解码视频数据。
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