در این روش، DNA نمونه قطعه قطعه می‌شود تا قطعات DNA بلند تولید شود. سپس این قطعات دو‌رشته‌ای در قالب «leader hairpin» آماده می‌شوند. به طوری که یک گیره نوکلئوتیدی در یک سر و یک دنباله خطی در سمت دیگر متصل ‌شود. همانطور که در شکل نشان داده شده است.

هنگامی که قطعات DNA ذوب می‌شوند، یک قطعه DNA تک رشته‌ای طولانی با طرح زیر تولید می‌شود:

• leader hairpin
• نمونه DNA
• گیره
• و مکمل معکوس به DNA نمونه.

خود ابزار توالی‌یابی در مقایسه با سایر فناوری‌ها بسیار کوچک است. این ابزار شامل یک محفظه پر از مایع است که توسط یک غشای گرافن تقسیم شده است و در داخل این غشاء منافذ پروتئینی زیادی تعبیه شده است. محفظه مایع شارژ می‌شود، به طوری که جریان الکتریکی قطعات DNA اضافه شده در یک طرف غشاء را از طریق منافذ پروتئین به سمت دیگر می‌کشد.

به‌عنوان تفاوت با سایر فناوری‌ها، این روش «توالی‌یابی از طریق سنتز» نیست، زیرا به نوکلئوتیدهای آزاد و DNA پلیمراز نیازی نیست. در عوض، وقتی DNA تک رشته‌ای از منافذ عبور می‌کند، مانع از جریان یون‌های هیدروژن در محلول اطراف می‌شود که به عنوان تغییر ولتاژ در غشا قابل تشخیص است. از آنجایی که DNA از طریق منافذ پروتئینی عبور می‌کند، اختلال در ولتاژ مربوط به هویت هر نوکلئوتید است که در دهانه منافذ نشسته است. بنابراین، ترتیب دهنده یک سری زمانی از تغییرات ولتاژ ایجاد می‌کند که می‌تواند به دنباله‌ای از باز‌ها تبدیل شود. طراحی گیره برای افزایش دقت ابزار استفاده می‌شود زیرا هر قطعه DNA دو بار خوانده می‌شود. یک بار به عنوان دنباله تک رشته‌ای جلو و یک بار دیگر به عنوان دنباله تک رشته‌ای مکمل معکوس آن. دستگاه‌های نانوحفره‌ای می‌توانند به کوچکی یک فلش درایو کامپیوتر باشند  و ابزارهای بزرگ‌تر حاوی محفظه‌های سیال بیشتری برای توان توالی بالاتر هستند.