Das Audiosignal wird in seiner Dynamik nicht komprimiert. Aufgrund der großen Kanalanzahl, der hohen Abtastrate von 48 kHz und der möglichen Auflösung zwischen 16 und 24 Bit fällt in unkomprimierter Form eine enorme Menge an Audiodaten an. Für die Tonspur eines zweistündigen Films liegt der Platzbedarf bei ungefähr 4 GB, was etwa der halben Speicherkapazität einer Double-Layer-DVD entspricht. Deshalb arbeitet Dolby Digital mit einer verlustbehafteten Datenkompression. Das verwendete Kodierungsverfahren heißt AC-3 und wird im Standard ATSC A/52 beschrieben. Die Komprimierung basiert – wie beispielsweise auch bei MP3, Vorbis und AAC – auf der Tatsache, dass das menschliche Ohr bestimmte Toninformationen nicht wahrnimmt (siehe Psychoakustik).
AC-3 unterstützt Bitraten zwischen 32 und 640 kbit/s (Kilobit pro Sekunde). Auf einer DVD werden für 5.1-Ton gewöhnlich 384 oder 448 kbit/s verwendet, für Stereoton 192 oder 224 kbit/s. Im Kino liegt die Datenrate bei 320 kbit/s.