Szczegóły techniczne Modulacja PSK31 opiera się na modulacji fazy podnośnej. Faza zależy od stanu logicznego nadawanego sygnału. Taki sposób modulacji wymagałby istnienia sygnału odniesienia, bez którego odbiorca nie wiedziałby która z faz odpowiada stanowi odniesienia. Dlatego zastosowano kluczowanie różnicowe (zmiana fazy nadawanego sygnału oznacza zmianę stanu logicznego sygnału danych), którego warianty stosowane w PSK31, znajdują się poniżej:
Wariant BPSK Faza podnośnej przyjmuje dwie wartości: 0 i 180 stopni. Brak mechanizmu korekcji błędów, konieczna mniejsza dokładność dostrojenia, niż w modulacji QPSK. Wariant ten sprawdza się lepiej w przypadku występowania szumów i zakłóceń o charakterze szumu białego.
Wariant QPSK Faza podnośnej przyjmuje cztery wartości: 0, 90, 180 i 270 stopni. Sygnał składa się z dwóch podnośnych, przesuniętych względem siebie o 90 stopni i modulowanych tak, jak w wariancie BPSK. Umożliwia to na przesłanie dwa razy większej ilości informacji, w kanale o tej samej szerokości. W emisji PSK31 wykorzystywane jest to do przesyłania nadmiarowych bitów, dzięki czemu możliwa jest korekcja przekłamań. Algorytm wykorzystywany do korekcji błędów to Algorytm Viterbiego. Wprowadza on jednak opóźnienie rzędu 640 ms, z uwagi na konieczność odebrania większej liczby bitów.