Самой простой моделью является плоская модель. В этом случае все сегменты отображаются в единое физическое адресное пространство. Смещение сегмента может относиться либо к области кода, либо к области данных. Данная модель в наивысшей степени исключает механизм сегментации из архитектуры, видимой как разработчику системы, так и прикладному программисту. Сегмент определяется дескриптором сегмента. Для плоской модели должно создаваться минимум два дескриптора, один для ссылок к коду, а другой для ссылок к данным. Оба дескриптора имеют одинаковое значение базового адреса. Всякий раз при доступе к памяти содержимое одного из сегментных регистров используется для выбора дескриптора сегмента. Дескриптор сегмента содержит базовый адрес сегмента и его границу, а также информацию, управляющую доступом.
В вершине физического адресного пространства обычно помещается ПЗУ, посколько процессор начинает выполнение с адреса 0FFFFFFF0H. Оперативная память находится в нижней части адресного пространства, поскольку начальный базовый адрес сегмента данных DS после инициализации сброса системы устанавливается в 0. Для плоской модели каждый дескриптор имеет базовый адрес, равный 0, и границу сегмента 4 гигабайта. Установкой границы сегмента в значение 4 гигабайта механизм сегментации предотвращает генерацию исключений для ссылок к памяти, выходящих за границу сегмента. Исключения могут тем не менее генерироваться механизмами подкачки страниц или защиты сегментации, но и они могут быть исключены из модели памяти.