NoSQL 数据库和关系型数据库的主要区别在于它们组织、存储和管理数据的方式。关系型数据库（如 MySQL 或 PostgreSQL）将数据组织到具有行和列的表中，需要在插入数据之前定义固定的模式。每个表通过键（例如，外键）与其他表相关联，从而支持复杂的连接查询关联数据。相比之下，NoSQL 数据库（例如 MongoDB、Cassandra）使用灵活的模式，并支持各种数据模型，如文档、键值对、宽列存储或图。例如，文档数据库可以存储带有嵌套数据的类似 JSON 的记录，从而避免了预定义表的需要。这种灵活性使得 NoSQL 更适合非结构化或快速变化的数据。
另一个主要区别是可伸缩性。关系型数据库通常通过升级硬件（例如，增加 CPU 或内存）进行垂直伸缩，这可能会变得昂贵并达到物理限制。NoSQL 数据库专为水平伸缩而设计，这意味着它们将数据分布到多个服务器（分片）上，以处理大量的流量或数据。例如，Cassandra 使用点对点架构在集群中分布数据，非常适合物联网传感器数据等高写入负载场景。然而，NoSQL 中的水平伸缩通常会为了可用性而牺牲强一致性，遵循 CAP 定理。关系型数据库优先保证 ACID（原子性、一致性、隔离性、持久性）事务，确保数据完整性，但限制了其在全球分布式系统中的可伸缩性。
两者之间的选择也取决于应用场景。关系型数据库擅长处理需要复杂查询、事务（例如，银行系统）或具有明确关系的结构化数据的应用。SQL 的标准化语言简化了编写连接和聚合操作。NoSQL 更适合需要快速迭代的场景，例如实时分析、内容管理或处理半结构化数据（例如，字段多变的社交媒体帖子）。例如，MongoDB 的无模式设计允许开发者修改文档结构而无需停机。然而，NoSQL 可能需要对数据进行反范式化或手动管理一致性，这会增加应用程序端的复杂性。开发者在选择数据库类型时必须权衡结构、可伸缩性、和查询需求。