在VHDL语言中共有4类操作符，可以分别进行逻辑运算（logical）、关系运算（relational）、算术运算（Arithmetic）和并置运算（Concatenation）。需要注意的是，被操作符所操作的对象是操作数，且操作数的类型应该和操作符所要求的类型相一致。另外，运算操作符是有优先级的，例如逻辑运算符NOT，在所有操作符中其优先级最高。下表所有操作符的优先次序。
操作符的优先级
一、逻辑运算符
在VHDL语言中逻辑运算符共有6种，它们分别是：
NOT——取反；
AND——与；
OR——或；
NAND——与非；
NOR——或非；
XOR——异或。
这6种逻辑运算符可以对“STD_LOGIC”和“STD_LOGIC_VECTOR”等数据进行逻辑运算。必须注意，运算符的左边和右边，以及代入的信号的数据类型必须是相同的。
当一个语句中存在两个以上的逻辑表达式时，在C语言中运算有自左至右的优先级顺序的规定，而在VHDL语言中，左右没有优先级差别。例如，在下例中，如去掉式中的括号，那么从语法上来说是错误的：
x <=（a AND b）OR（NOT c AND d）；
当然，如果一个逻辑表达式中只有“AND”，“OR”，“XOR”运算符，那么改变运算顺序将不会导致逻辑的改变。此时，括号是可以省略的。例如：
a <= b AND c AND d AND e；
a <= b OR c OR d OR e；
在所有逻辑运算符中NOT的优先级最高。
二、 算术运算符
VHDL语言有10种算术运算符，它们分别是：
十——加；
— ——减；
* ——乘；
／——除；
MOD ——求模；
REM ——取余；
＋——正；（一元运算）
— ——负；（一元运算）
** ——指数；
ABS ——取绝对值。
在算术运算中，对于一元运算的操作数（正、负）可以为任何数值类型（整数、实数、物理量）。加法和减法的操作数也和上面一样，具有相同的数据类型，而且参加加、减运算的操作数的类型也必须相同。乘除法的操作数可以同为整数和实数。物理量可以被整数或实数相乘或相除，其结果仍为一个物理量。物理量除以同一类型的物理量即可得到一个整数量。求模和取余的操作数必须是同一整数类型数据。一个指数的运算符的左操作数可以是任意整数或实数，而右操作数应为一整数。
若对“STD_LOGIC_VECTOR”进行“＋”（加）、“一”（减）运算时，两边的操作数和代入的变量位长如不同，则会产生语法错误。另外，“*”运算符两边的位长相加后的值和要代入的变量的位长不相同时，同样也会出现语法错误。
三、关系运算符
VHDL语言中有6种关系运算符，它们分别是：
＝——等于；
／＝———不等于；
＜——小于；
＜＝———小于等于；
＞——大于；
＞＝——大于等于。
在关系运算符的左右两边是运算操作数，不同的关系运算符对两边的操作数的数据类型有不同的要求。其中等号“＝”和不等号“／＝”可以适用所有类型的数据。其它关系运算符则可使用于整数（INTEGER）和实数（REAL）、位（STD_LOGIC）等校举类型以及位矢量（STD_LOGIC_VECTOR）等数组类型的关系运算。在进行关系运算时，左右两边的操作数的数据类型必须相同，但是位长度不一定相同。当然也有例外的情况，在利用关系运算符对位矢量数据进行比较时，比较过程是从最左边的位开始。自左至右按位进行比较的。在位长不同的情况下，只能按自左至右的比较结果作为关系运算的结果。例如，对3位和4位的位矢量进行比较：
SIGNAL a：STD_LOGIC_VECTOR（3 DOWNTO 0）；
SIGNAL b：STD_LOGIC_VECTOR（2 DOWNTO 0）；
a <= “1010”； －－10
b <= “111”； －－7
IF（ a ＞ b） THEN
┇
ELSE
┇
上例a的值为10，而b的值为7，a应该比b大。但是，由于位矢量是从左至右按位比较的，当比较到次高位时，a的次高位为“0”而b的次高位为“1”，故比较结果b比a大。这样的比较结果显然是不符合实际情况的。
为了能使位矢量进行关系运算，在包集合“STD_LOGIC_UNSIGNED”中对“STD_LOGIC_VECTOR”关系运算重新作了定义，使其可以正确的进行关系运算。注意在用时必须首先说明调用该包集合。
四、并置运算符
并置运算符“＆”用于位的连接。例如，将4个位用并置运算符”＆”连接起来就可以构成一个具有4位长度的位矢量。两个4位的位矢量用并置运算符“＆”连接起来就可以构成8位长度的位矢量。
如en是b（0）～b（3）的允许输出信号，
tmp_b <= b AND （en & en & en & en）
这个语句表示b的4位位矢量由en进行选择得到一个4位位矢量的输出。