DKIM attribue aux e-mails un en-tête de signature qui est ajouté à l'e-mail et sécurisé par chiffrement. Chaque signature DKIM contient toutes les informations nécessaires à un serveur de messagerie pour vérifier l'authenticité de la signature, et elle est chiffrée par une paire de clés DKIM. Le serveur de messagerie d'origine possède ce que l'on appelle la « clé DKIM privée », qui peut être vérifiée par le serveur de messagerie ou le FAI destinataire avec l'autre moitié de la paire de clés, appelée la « clé DKIM publique ».
Ces signatures accompagnent les e-mails et sont vérifiées en cours de route par les serveurs de messagerie qui les acheminent vers leur destination finale.

