VooltDB采用Multi-Master多主架构，集群中的每个节点角色对等，客户端访问任意一个节点都能得到相同的效果。这种多主的架构有许多优势，例如对等的角色使系统架构变得更加简单，不用再区分主控节点、数据节点和计算节点，集群中全部节点功能相同。天然规避了单点故障的问题，较容易实现多数据中心、异地灾备的场景。其整体结构如下图所示：
Shard：集群内划分为多个分片或分组（Shard 1 … Shard N），通过 Shard 的线性扩展能力，支持海量数据的分布式存储计算。目前Shard数目为在管理页面添加的节点数目。
Replica：每个 Shard 内包含一定数量的节点（Node，即进程），同一Shard 内的节点互为副本，保障数据可靠。不同Shard 内的副本数都默认为2（除了维度表，维度表的备份数为实例数目，即在节点状态看到的数目）。
ZooKeeper Service：集群所有节点对等，节点间通过 ZooKeeper 服务进行分布式协调,例如确定主副本，协助副本之间的数据同步，以及存储复制表元信息等。