Ein Modem-Chip ist ein Gerät, das digitale Signale in einer Weise moduliert, dass sie enkodiert sind und von einem anderen Modem empfangen und wieder demoduliert/dekodiert werden können. Der Modem (MOdulator/DEModulator) empfängt außerdem solche Signale, um die Signale von einem anderen Modem wieder zu demodulieren/dekodieren. Modems werden verwendet, um Daten einer Vielzahl physikalischer Medien einschließlich Kabel- und RF-Kanälen zu übertragen. Einwahl-Modems sind so konzipiert, dass sie Daten über Telefonleitungen innerhalb der Audiobandbreite des Telefonnetzes übertragen können.

Modems werden üblicherweise anhand der Datenenkodierung im Signal und der Bitrate definiert, mit der der Modem kommunizieren kann. Modulationsstandards sind unter anderen Amplitude-Shift Keying (ASK), Frequency-Shift Keying (FSK, FFSK), Phase Shift Keying (PSK), Quadrature Amplitude Modulation (QAM) und viele andere Arten.

Beim PSK-Verfahren werden die Daten enkodiert, indem die Phase des Signals auf eine Trägerfrequenz moduliert wird. Bei diesem Verfahren gibt es verschiedene Varianten, u. a. das Differentielle Phase Shift Keying (DPSK). Im QAM-Verfahren werden zwei um (90 Grad phasenversetzte) Träger moduliert, so dass ein Bit-Muster gegenüber einem Konstellationsdiagramm enkodiert/dekodiert werden, in dem jeder Ort ein Datensymbol repräsentiert.

Modem-Chips sind für eine große Vielzahl von Standards und Anwendungen verfügbar. Als Beispiel soll hier ein V.32-bis-Modem-Chip dienen. Diese werden für EFTPOS/EPOS-Terminals und andere telefonbasierte Telemetriesysteme verwendet. Sie en- und dekodieren Daten mit Raten von bis zu 14.400 Bit/s und bieten automatisches Fallback auf niedrigere Bitraten (Rate Negotiation) für Telefonleitungen schlechterer Qualität. Da diese Übertragungsart für Telefonleitungen vorgesehen ist, kann das DTMF-Wählverfahren in das Gerät integriert werden, zusammen mit einer Relaissteuerung für den Hörer-Schalter und Klingeltonerkennung. Die Steuerung des physikalischen Mediums ist ein gemeinsames Merkmal vieler Modems, um eine Schnittstelle zum Medium zu bieten, Multiplexverfahren zu verhandeln oder sogar das Medium zu teilen.

Modems können Fehlererkennung und -korrektur unterstützen, und haben in vielen Fällen serielle Schnittstellen, über die eine Verbindung zu Mikrocontrollern oder Mikroprozessoren möglich ist. Breitband-ADSL-Modems und WLAN-Modems müssen hohe Datenraten unterstützen. Sie können serielle High-Speed-Schnittstellen wie PCI Express besitzen und können anstatt auf einem Chip als kombinierter Chipsatz implementiert werden. Einige Modems sind untereinander kompatibel und können vom gleichen Hardware-Chip unterstützt werden, z. B. sind Bluetooth- und WLAN-Modems häufig gemeinsam integriert, und auch der elektrische Standard erlaubt diese Kompatibilität.

RF-Modems für schmalbandige Signaling-Kanäle können große Anforderungen an die Signalqualität haben, damit keine Daten in andere Bänder übersprechen. Die übertragene Ausgangsmaske passt in eine im Standard definierte Frequenzmaske, um dies zu gewährleisten. Dies kann auch den Einsatz von Filtern und Wellenform-Gestaltung erfordern.