En este diseño, que hasta ahora se considera como la organización más común, todo el sistema operativo se ejecuta como un solo programa en modo kernel. El sistema operativo se escribe como una colección de procedimientos, enlazados entre sí en un solo programa binario ejecutable extenso. Cuando se utiliza esta técnica, cada procedimiento en el sistema tiene la libertad de llamar a cualquier otro, si éste proporciona cierto cómputo útil que el primero necesita. Al tener miles de procedimientos que se pueden llamar entre sí sin restricción, con frecuencia se produce un sistema poco manejable y difícil de comprender.

Para construir el programa objeto actual del sistema operativo cuando se utiliza este diseño, primero se compilan todos los procedimientos individuales (o los archivos que contienen los procedimientos) y luego se vinculan en conjunto para formar un solo archivo ejecutable, usando el enlazador del sistema. En términos de ocultamiento de información, en esencia no hay nada: todos los procedimientos son visibles para cualquier otro procedimiento (en contraste a una estructura que contenga módulos o paquetes, en donde la mayor parte de la información se oculta dentro de módulos y sólo los puntos de entrada designados de manera oficial se pueden llamar desde el exterior del módulo).

Sin embargo, hasta en los sistemas monolíticos es posible tener cierta estructura. Para solicitar los servicios (llamadas al sistema) que proporciona el sistema operativo, los parámetros se colocan
en un lugar bien definido (por ejemplo, en la pila) y luego se ejecuta una instrucción de trap. Esta instrucción cambia la máquina del modo usuario al modo kernel y transfiere el control al sistema operativo. Después el sistema operativo obtiene los parámetros y determina cuál es la llamada al sistema que se va a llevar a cabo. Después la indiza en una tabla que contiene en la ranura k un apuntador al procedimiento que lleva a cabo la llamada al sistema k.

Esta organización sugiere una estructura básica para el sistema operativo:
1. Un programa principal que invoca el procedimiento de servicio solicitado.
2. Un conjunto de procedimientos de servicio que llevan a cabo las llamadas al sistema.
3. Un conjunto de procedimientos utilitarios que ayudan a los procedimientos de servicio.

En este modelo, para cada llamada al sistema hay un procedimiento de servicio que se encarga de la llamada y la ejecuta. Los procedimientos utilitarios hacen cosas que necesitan varios procedimientos de servicio, como obtener datos de los programas de usuario.

Además del núcleo del sistema operativo que se carga al arrancar la computadora, muchos sistemas
operativos soportan extensiones que se pueden cargar, como los drivers de dispositivos de E/S y sistemas de archivos. Estos componentes se cargan por demanda.

En este sistema tan común todas las funcionalidades se agrupan en un nucleo