.NET语言的编译分为两个阶段.首先高级语言被编译成一种称作IL的中间语言，与高级语言相比，IL更像是机器语言，然而，IL却包含一些抽象概念(比如：类、异常)，这也是这种语言被称为中间语言的原因。IL被打包在DLL或EXE文件中，而DLL和EXE在.NET中的主要区别就是：只有EXE可以直接被运行，而二者都可被某个正在执行的进程动态装载(后文详述)。由于机器的CPU只能执行本地汇编语言，而不是IL，进一步将IL编译成汇编语言的工作(也就是第二阶段)需要在运行时进行，这个过程由即时编译器(JIT)完成。
高级语言在初次被编译时，编译器做两件事：首先把编译得到的IL存储在DLL或EXE中，然后为类的每个方法创建一个stub函数，此函数会调用即时编译器，并将自身的地址作为参数传给编译器。即时编译器则从DLL或EXE中获取相应的IL，编译成机器语言，并将内存中的原零时调用函数替换成机器语言。这个过程的思想，是用已编译的方法调用未编译的方法，实质上被调用的是stub函数；stub函数再调用编译器，将自身编译为本地机器语言；最后，.NET会重新调用该方法，方法此时才被真正地执行。函数被反复调用时，机器指令会被直接执行，而只由编译器对方法进行初次编译需要花费时间。至于那些没有被调用的方法，则不会被编译。
当编译器生成一个EXE文件后， 该程序的入口函数为Main() 方法。装载器将这个EXE 文件载入，探测到该这是一个托管EXE，于是又载入 .NET运行时库文件(包括即时编译器)， 接着调用了EXE 的Main() 方法。这将触发对Main()方法的即时编译， Main()方法在内存中被替换为本地机器语言，于是 .NET应用程序开始运行。在被编译为本地语言后，应用程序便可以自由调用本地代码了。当程序中止时，本地代码从内存中释放，所以在下次运行时，IL需要被即时编译器重新编译。