Jako pierwsze na rynku pojawiły się układy pamięci NAND, zawierające w każdej komórce pamięci bit informacji. Są one wykonane w tzw. technologii SLC i charakteryzują się „rozróżnianiem” tylko dwóch stanów poziomu napięcia – brak ładunku w bramce swobodnej oraz istnienie ładunku. 

Jednakże inżynierowie projektujący pamięci, zauważyli możliwość podwojenia pojemności układów, przy zachowaniu istniejącej technologii. Układy pamięci wyposażono w dodatkowy kontroler porównujący wartość ładunku zgromadzonego w bramce swobodnej ze wzorcem, przez co możliwe było utworzenie dwóch dodatkowych stanów (około 1/3 i około 2/3 maksymalnej wartości ładunku). Dodatkowym poziomom napięcia przypisano wartości logiczne „01” i „10” – dzięki czemu jedna komórka mogła zawierać 2 bity informacji. Technologię tę nazwano MLC (ang. Multi Level Cell), a pamięci Flash wykonane w niej pojawiły się na rynku w 2003 roku. Poza podstawowymi zaletami względem technologii SLC: niższa cena, mniejsze rozmiary przy tej samej pojemności – istnieją także wady nowej technologii. Typowe pamięci wykorzystujące starą technologię SLC są znacznie szybsze, a przy tym bardziej niezawodne od układów MLC. Ponadto ilość cykli kasowania kart, wykorzystujących komórki w technologii MLC, jest zazwyczaj dziesięciokrotnie mniejsza od tych, które zostały wykonane w technologii SLC.

 Wiosną 2006, firma Msystems zaprezentowała kolejne „zagęszczenie” ilości danych w komórce. Poprzez zastosowanie nowych algorytmów korekcji błędów w kontrolerach oraz bardzo precyzyjnego systemu porównywania ilości ładunku na bramce swobodnej względem wzorca, możliwe będzie produkowanie komórek przechowujących 4 bity (16 poziomów napięcia). Nową technologię nazwano X4, wykonanie w niej pamięci będzie o 30% tańsze od MLC, a masowa produkcja kart pamięci z jej wykorzystaniem ma ruszyć w 2007 roku.