Exchange Server Enterprise Edition unterstützt Clustering von bis zu 4 Knoten bei Verwendung von Windows 2000 Server und bis zu 8 Knoten mit Windows Server 2003. Mit Exchange Server 2003 wurde auch das Aktiv-Aktiv-Clustering eingeführt, allerdings nur für Cluster mit zwei Knoten. In diesem Setup dürfen beide Server im Cluster gleichzeitig aktiv sein. Dies steht im Gegensatz zum häufigeren Aktiv-Passiv-Modus von Exchange, bei dem die Failover-Server in einem beliebigen Clusterknoten überhaupt nicht verwendet werden können, während ihre entsprechenden Home-Server aktiv sind. Sie müssen inaktiv darauf warten, dass die Home-Server im Knoten ausfallen. Nachfolgende Performance-Probleme mit dem aktiv-aktiven Modus haben Microsoft dazu veranlasst, zu empfehlen, dass dieser Modus nicht mehr verwendet werden sollte. In der Tat wurde die Unterstützung für Clustering im aktiven Modus mit Exchange Server 2007 eingestellt.

Das Clustering von Exchange (Aktiv-Aktiv- oder Aktiv-Passiv-Modus) wurde kritisiert, weil die Server in den Clusterknoten dieselben Daten nutzen müssen. Das Clustering in Exchange Server bietet Redundanz für Exchange Server als Anwendung, aber nicht für die Exchange-Daten. In diesem Szenario können die Daten als Single Point of Failure betrachtet werden, obwohl Microsoft diesen Aufbau als "Shared Nothing"-Modell beschreibt. Diese Lücke wurde jedoch von ISVs und Speicherherstellern durch "Site Resilience"-Lösungen wie Geo-Clustering und asynchrone Datenreplikation gefüllt. Exchange Server 2007 führt eine neue Cluster-Terminologie und -Konfigurationen ein, die die Unzulänglichkeiten des bisherigen "Shared-Data-Modells" beheben.

Seit Exchange Server 2007 bietet integrierte Unterstützung für asynchrone Replikation nach dem Vorbild des "Protokollversands" von SQL Server in CCR-Clustern (Cluster Continuous Replication), die auf MSCS-MNS-Clustern (Microsoft Cluster Service-Majority Node Set) aufbauen, die keinen gemeinsamen Speicher benötigen. Diese Art von Clustern kann kostengünstig sein und in einem, oder "gestreckt" über zwei Rechenzentren zum Schutz vor standortweiten Ausfällen wie Naturkatastrophen eingesetzt werden. Die Einschränkung von CCR-Clustern besteht darin, dass sie nur zwei Knoten haben können und der dritte Knoten als "Wählerknoten" oder Dateifreigabezeuge bekannt ist, der "Split Brain"-Szenarien verhindert und im Allgemeinen als Dateifreigabe auf einem Hub-Transport-Server gehostet wird. Der zweite Clustertyp ist das traditionelle Clustering, das in früheren Versionen verfügbar war und jetzt als SCC (Single Copy Cluster) bezeichnet wird. In Exchange Server 2007 wurde die Bereitstellung sowohl von CCR- als auch SCC-Clustern vereinfacht und verbessert; der gesamte Cluster-Installationsprozess findet während der Exchange Server-Installation statt. LCR oder Local Continuous Replication wird auch als "Cluster des armen Mannes" bezeichnet. Es wurde entwickelt, um eine Datenreplikation auf ein alternatives Laufwerk zu ermöglichen, das an dasselbe System angeschlossen ist, und soll Schutz vor lokalen Speicherausfällen bieten. Es schützt nicht vor dem Fall, dass der Server selbst ausfällt.

Die Exchange-Funktionalität ist in der Version 2016 in zwei sogenannte Rollen gegliedert, die bei der Installation festgelegt werden:

• Postfach – beinhaltet die Hauptfunktionalität, hält die Datenbanken vor und nimmt die Client-Anfragen entgegen
• Edge-Transport – zusätzliche Sicherung der E-Mail-Übermittlung zwischen internem Netzwerk und Internet (z. B. Spam-Filterung); normalerweise in einer DMZ befindlich

Client-Server-Kommunikation

Microsoft Exchange Server benutzt zur Kommunikation mit dem Client eine proprietäre Schnittstelle namens MAPI, deren Aufrufe mittels der Protokolle RPC und HTTP transportiert werden und die unter anderem von Microsoft Outlook für Windows verwendet wird. Bei Verwendung aktueller Versionen von Exchange Server und Outlook wird die RPC-Schicht zugunsten größerer Flexibilität deaktiviert und MAPI wird direkt per HTTP übertragen.

Outlook für Macintosh nutzt dagegen die neuere Server-Schnittstelle EWS. In Zukunft sollten Drittanbieter diese ebenfalls anstatt der MAPI-Schnittstelle benutzen.

Ursprünglich bot Microsoft das Mailsystem MS Mail (bis einschließlich Version 3.5) an, das aber die Anforderungen größerer Umgebungen nicht mehr erfüllen konnte. So war es nur möglich, maximal 500 Postfächer auf einem Server anzulegen, und die Ablage der Daten in einem Dateibaum entpuppte sich mit zunehmendem Mailaufkommen immer mehr als Problem ob der Menge der zu verwaltenden Daten. Exchange selbst wurde von Grund auf neu entwickelt. Um eine Nähe zu Microsoft Mail zu suggerieren und den Kunden den Umstieg auf Exchange nahezulegen, wurde beim ersten Exchange Server die Versionsnummer 4.0 verwendet. Bei der Entwicklung spielten von Beginn an die sichere Datenverarbeitung (relationale Datenbank mit 2-Phase-Commit-Transaktionen) und die Skalierbarkeit eine besondere Rolle. Die Basis bildet seit Beginn die Jet Engine (Jet Blue), die später auch für Produkte wie Active Directory oder den Kerberos Distribution Server verwendet wurde.

Das Produkt ist in den Varianten Standard und Enterprise erhältlich. Die Standardversion ist für den Einsatz in kleineren Unternehmen ausgerichtet, da sie nur 5 Datenbanken pro Server erlaubt. Die Enterprise-Version erlaubt dagegen bis zu 100 Datenbanken pro Server. Jede Datenbank kann in jeder Server-Variante bis zu 2 Terabyte Daten enthalten.

Jeder Nutzer der Software benötigt zusätzlich eine Clientzugriffslizenz (CAL). Diese gibt es ebenfalls in der Basis-Variante Standard und als zusätzliche Add-on-Lizenz in der Variante Enterprise, um erweiterte Server-Funktionen nutzen zu können.