Il file system FAT16 è ampiamente utilizzato nei sistemi operativi compatibili con DOS (DR-DOS, MS-DOS, PC-DOS ecc.), Windows 95/98/ME, Windows NT/2000/XP ed è supportato dalla maggior parte degli altri sistemi operativi.
Il sistema FAT16 comprende la tabella di allocazione dei file (file allocation table – FAT) e i cluster. Per una maggiore sicurezza esistono diverse copie della FAT (solitamente 2).
Un cluster è l'unità minima di memorizzazione dei dati nel file system FAT16. Un cluster contiene un numero fisso di settori, che è sempre uguale a una potenza di due. Il numero massimo di cluster è 65525 e hanno una dimensione di 4-32 kB, quindi la più piccola unità effettivamente indirizzabile è di 8 settori. L'indirizzo del cluster è a 16 bit. Più grande è il disco, più grandi sono i cluster, poiché in questo file system il numero di indirizzi è limitato a 216. La dimensione massima del file system FAT16 è di 4 GB. La maggior parte dei sistemi operativi gestisce in modo errato i cluster da 128 settori, pertanto FAT16 è in grado di indirizzare un massimo di 2 GB.
Nella FAT sono memorizzate informazioni su quali cluster sono liberi, assegnati o difettosi e su quali file sono memorizzati in quali cluster.