Serial ATA (Serialized AT Attachment, SATA) — интерфейс, отличающийся от предыдущих модификаций ATA (ATA-1, ATA-2, ATA-3, Ultra ATA) использованием последовательной передачи данных и более высокой пропускной способностью. Последовательная передача данных дает возможность существенно сократить число проводников в соединительном кабеле (c 40-80 до четырех) и напряжение в сигнальной цепи. Соответственно широкие ленточные соединительные кабели, используемые для подключения различных устройств, меняются на более гибкие и компактные провода круглого сечения, улучшается доступ к памяти в корпусе системного блока, облегчается подключение и коммутация устройств, повышается помехозащищенность от электромагнитных наводок и т.д. Предусмотрено обеспечение совместимости со старыми версиями ATA-устройств. Первая спецификация Serial ATA 1.0 была распространена на форуме разработчиков Intel 29 августа 2001. С этого времени начата разработка винчестеров, оснащенных интерфейсом Serial ATA 1.0. В этом стандарте предусмотрена максимальная пропускная способность в 155 Мбайт/с, включая дальнейшую возможность ее удвоения (сначала до 300, а затем 600 Мбайт/с), что примерно в полтора раза больше пропускной способности ATA. Поскольку технология SATA предусматривает работу с высокой тактовой частотой, для передачи данных и управления используется метод низковольтного дифференциала (Low Voltage Differential, LVD).
Помимо жестких дисков, Serial ATA предназначается для подключения любых других запоминающих устройств, расположенных внутри системного блока (оптические приводы и т. п.); в то время как для внешних устройств предполагается использовать стандарты Firewire (IEEE-1394) и USB 2.0.
C конца 2002 устройства с интерфейсом Serial ATA начали доминировать на мировом рынке вычислительной техники. 25 февраля 2002 на Форуме разработчиков Intel официально объявлено о создании инициативной группы для разработки спецификации Serial ATA II, ориентированной на пропускную способность 300 Мбайт/с. Основные нововведения в этом стандарте связаны с реализацией двух новых технологий: «Технологии изменения очередности команд» (англ. Native Command Queuing) и «Технологии умножения портов». Указанные технологии обеспечили значительный прирост производительности операций ввода-вывода и подключение к одному каналу вместо одного до 15-ти устройств.