Ein FlexRay Kommunikationssystem (FlexRay Cluster) setzt sich aus einer Anzahl von FlexRay Knoten und einem, alle FlexRay Knoten verbindenden, physikalischen Übertragungsmedium (FlexRay Bus) zusammen. Da die FlexRay Kommunikation nicht an eine bestimmte physikalische Topologie gebunden ist, können einem FlexRay Cluster unterschiedliche physikalische Topologien zugrunde liegen. Eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung ist genauso möglich wie eine Linientopologie, eine passive Sterntopologie oder eine aktive Sterntopologie.

Zur Minimierung des Ausfallrisikos sieht FlexRay die redundante Auslegung des Kommunikationskanals vor. Jeder der beiden Kommunikationskanäle kann mit einer Datenrate von bis zu 10 MBit/s betrieben werden. Dieser redundante Kanal kann allerdings auch zur Erhöhung der Datenrate auf bis zu 20 MBit/s herangezogen werden. Die Wahl zwischen Fehlertoleranz und erhöhter Übertragungsrate lässt sich für jede einzelne FlexRay Botschaft treffen.

Dem FlexRay Cluster liegt eine zeitgesteuerte Kommunikationsarchitektur zugrunde, deren Kerneigenschaft die statische, zeitlich festgelegte Aktivierung von Aktionen im verteilten System darstellt. Das Prinzip der Zeitsteuerung ermöglicht nicht nur eine deterministische Datenkommunikation, sondern auch die einfache Zusammensetzung eines Kommunikationssystems und die Realisierung von darauf aufbauenden Konzepten wie Fehlertoleranz, durch Kopplung von Redundanzen und zeitgleiches Aktivieren von Aktionen.

Zur Realisierung der Zeitsteuerung kommt das TDMA-Verfahren (Time Division Multiple Access) zum Einsatz, was bedeutet, dass die FlexRay Knoten nicht wie bei CAN, unkontrolliert im Zuge von anwendungsbezogenen Ereignissen auf den Bus zugreifen dürfen. FlexRay Knoten müssen sich an einen exakt definierten Kommunikationsablaufplan halten, der jeder FlexRay Botschaft pro Kommunikationszyklus einen bestimmten Zeitschlitz zuordnet und dadurch die Sendezeitpunkte sämtlicher FlexRay Botschaften vorgibt.

Einen beispielhaften Kommunikationsablaufplan mitsamt Kommunikationsablauf auf dem Kommunikationsmedium zeigt die Grafik „TDMA-Prinzip“. Dem Kommunikationsablaufplan liegt ein Kommunikationssystem zugrunde, das sich aus vier Busknoten zusammensetzt, wobei jeder Busknoten zwei Botschaften zu ganz bestimmten Zeitpunkten zu übertragen hat.