總線空閑狀態
　　I2C總線總線的SDA和SCL兩條信號線同時處于高電平時，規定為總線的空閑狀態。此時各個器件的輸出級場效應管均處在截止狀態，即釋放總線，由兩條信號線各自的上拉電阻把電平拉高。

啟動信號
　　在時鐘線SCL保持高電平期間，數據線SDA上的電平被拉低（即負跳變），定義為I2C總線總線的啟動信號，它標志著一次數據傳輸的開始。啟動信號是一種電平跳變時序信號，而不是一個電平信號。啟動信號是由主控器主動建立的，在建立該信號之前I2C總線必須處于空閑狀態。

重啟動信號
　　在主控器控制總線期間完成了一次數據通信（發送或接收）之后，如果想繼續占用總線再進行一次數據通信（發送或接收），而又不釋放總線，就需要利用重啟動Sr信號時序。重啟動信號Sr既作為前一次數據傳輸的結束，又作為后一次數據傳輸的開始。利用重啟動信號的優點是，在前后兩次通信之間主控器不需要釋放總線，這樣就不會丟失總線的控制權，即不讓其他主器件節點搶占總線。

停止信號
　　在時鐘線SCL保持高電平期間，數據線SDA被釋放，使得SDA返回高電平（即正跳變），稱為I2C總線的停止信號，它標志著一次數據傳輸的終止。停止信號也是一種電平跳變時序信號，而不是一個電平信號，停止信號也是由主控器主動建立的，建立該信號之后，I2C總線將返回空閑狀態。

不是在數據有效性中規定在SDA只能在SCL的低電平的時候變化，為何STAR，STOP不一樣？首先STAR和STOP不是數據，所以可以不遵守數據有效性中的規定，其它數據都遵守，而STAR和STOP“不遵守”導致STAR和STOP更容易被識別。這樣不是不遵守而是更有優勢。

起始和停止條件一般由主機產生，總線在起始條件后被認為處于忙的狀態，在停止條件的某段時間后總線被認為再次處于空閑狀態。

如果產生重復起始(Sr) 條件而不產生停止條件，總線會一直處于忙的狀態。此時的起始條件(S)和重復起始(Sr) 條件在功能上是一樣的。
如果連接到總線的器件合并了必要的接口硬件，那么用它們檢測起始和停止條件十分簡便。但是沒有這種接口的微控制器在每個時鐘周期至少要采樣SDA 線兩次來判別有沒有發生電平切換。

數據位傳送
　　在I2C總線上傳送的每一位數據都有一個時鐘脈沖相對應（或同步控制），即在SCL串行時鐘的配合下，在SDA上逐位地串行傳送每一位數據。進行數據傳送時，在SCL呈現高電平期間，SDA上的電平必須保持穩定，低電平為數據0，高電平為數據1。只有在SCL為低電平期間，才允許 SDA上的電平改變狀態。邏輯0的電平為低電壓，而邏輯1的電平取決于器件本身的正電源電壓VDD（當使用獨立電源時）。數據位的傳輸是邊沿觸發。

應答信號
　　I2C總線上的所有數據都是以8位字節傳送的，發送器每發送一個字節，就在時鐘脈沖9期間釋放數據線，由接收器反饋一個應答信號。應答信號為低電平時，規定為有效應答位（ACK簡稱應答位），表示接收器已經成功地接收了該字節；應答信號為高電平時，規定為非應答位（NACK），一般表示接收器接收該字節沒有成功。對于反饋有效應答位ACK的要求是，接收器在第9個時鐘脈沖之前的低電平期間將SDA線拉低，并且確保在該時鐘的高電平期間為穩定的低電平。如果接收器是主控器，則在它收到最后一個字節后，發送一個NACK信號，以通知被控發送器結束數據發送，并釋放SDA線，以便主控接收器發送一個停止信號 P。

插入等待時間
　　如果被控器需要延遲下一個數據字節開始傳送的時間，則可以通過把時鐘線SCL電平拉低并且保持，使主控器進入等待狀態。一旦被控器釋放時鐘線，數據傳輸就得以繼續下去，這樣就使得被控器得到足夠時間轉移已經收到的數據字節，或者準備好即將發送的數據字節。帶有CPU的被控器在對收到的地址字節做出應答之后，需要一定的時間去執行中斷服務子程序，來分析或比較地址碼，其間就把SCL線鉗位在低電平上，直到處理妥當后才釋放SCL線，進而使主控器繼續后續數據字節的發送。