Мобильный телефон, предназначенный для работы в сетях сотовой связи; использует приёмопередатчик радиодиапазона и традиционную телефонную коммутацию для осуществления телефонной связи на территории зоны покрытия сотовой сети.

В настоящее время сотовая связь — самая распространённая из всех видов мобильной связи, поэтому обычно мобильным телефоном называют именно сотовый телефон, хотя мобильными телефонами, помимо сотовых, являются также спутниковые телефоны, радиотелефоны и аппараты магистральной связи.

Сотовый телефон аксессуары для мобильных телефонов оптом — сложное высокотехнологичное электронное устройство, включающее в себя: приёмопередатчик на поддиапазоны 1—2 ГГц (GSM) и 2—4 ГГц (UMTS) СВЧ-диапазона, специализированный контроллер управления, цветной/монохромный дисплей, интерфейсные устройства, аккумулятор. Большинство трубок имеет свой уникальный номер, т. н. IMEI — международный идентификатор мобильного устройства. IMEI присваивается при производстве сотового телефона и состоит из 15 цифр; он записывается в немодифицируемую часть прошивки телефона. Сам этот номер отпечатан на этикетке телефона под аккумулятором, также на коробке (упаковке) от телефона (под штрих-кодом). В большинстве телефонов его также можно узнать, набрав на клавиатуре код *#06#.

Большинство стандартов мобильной связи используют для идентификации абонента SIM-карту. Она представляет собой смарт-карту (пластиковую карточку с запрессованной в неё микросхемой микроконтроллера и памяти) с программным управлением, и также имеет свой уникальный идентификационный номер IMSI (англ. International Mobile Subscriber Identity — международный идентификационный номер подвижного абонента) и индивидуальный цифровой пароль. Напряжение питания SIM-карты — 3,3 В.
Сотовая сеть состоит из базовых станций (многочастотные УКВ-приёмопередатчики), распределенных по всей зоне покрытия сотовой сети и коммутаторов. Сотовый телефон прослушивает эфир, находит сигнал от базовой станции и посылает ей уникальный IMSI SIM-карты, а также уникальный IMEI телефона.

Компьютер сети проверяет подлинность абонента, передав на мобильный телефон случайный номер, который SIM-карта обрабатывает по специальному алгоритму и посылает результат на ближайшую базовую станцию. Базовая станция передает информацию в управляющий компьютер, где сверяются код с мобильного телефона и вычисленный компьютером. При совпадении мобильному телефону разрешается доступ в сеть. Надёжность идентификации считается достаточно высокой.

Сотовый телефон и базовая станция поддерживают постоянный радиоконтакт. При перемещениях сотовый телефон периодически переключается с одной базовой станции на другую, выбирая станцию, от которой исходит более мощный сигнал. Этот процесс происходит, даже если телефон находится в режиме ожидания, и разговор не ведется.

Компьютер сети всегда знает, с какой базовой станцией данный мобильный телефон поддерживает устойчивую радиосвязь. Запоминая текущее время и номер базовой станции, компьютер хранит время переговоров и место нахождения абонента.

Украденный сотовый телефон могут находить по его идентификатору IMEI, независимо от того, какая SIM-карта в нём установлена. Во многих аппаратах можно сменить IMEI, используя различные незаконные способы.

Связь телефона со станцией может проводиться по множеству цифровых протоколов, которые можно разделить на семейства. Главные из них: (DAMPS, CDMA, GSM, UMTS. Устаревшие аналоговые протоколы — (AMPS, NAMPS, NMT-450).

Большинство современных сотовых телефонов могут работать в нескольких стандартах, что позволяет пользоваться услугами роуминга в разных сотовых сетях. Большинство GSM-телефонов, используемых в России, поддерживают протоколы GSM-900 и GSM-1800, многие работают также в сетях GSM-850 и GSM-1900. Почти все UMTS-телефоны могут работать в сетях GSM.

Было сообщение в СМИ о проекте сотового телефона, которым можно пользоваться, примерно как рацией, — если абоненты находятся недалеко друг от друга, такой телефон обеспечит связь между ними, не используя коммутационную технику сотового оператора, — за такой разговор не придётся платить сотовому оператору.

В современном стандарте LTE (сеть сотовой связи 4G, 4-го поколения) возможность связи аппаратов напрямую реализована уже на уровне стандарта. Это позволяет как общаться людям, так и связываться автоматически нескольким устройствам. Например, можно сделать сеть «умных» светофоров и дорожных знаков, которые будут общаться с телефонами LTE. Это открывает новые возможности для информирования людей о дорожной ситуации, о завершении определенной фазы работы светофора и многие другие.