En 2006, une nouvelle spécification SD (2.00) voit le jour : SDHC (HC pour High Capacity, soit haute capacité).
Cette spécification a pour but de contourner la limitation à 2 Go du précédent format, notamment en utilisant le système de fichiers FAT32. Les cartes SDHC peuvent contenir 4 à 32 Go -- maximum retenu par la SD Card Association dans sa spécification actuelle.
Il se trouve par ailleurs que le système d’exploitation Windows, à partir de la version 2000, refuse de créer des systèmes de fichiers FAT32 de plus de 32 Go.
Tout lecteur SD sur lequel rien n’est indiqué quant à la compatibilité SDHC accepte uniquement les cartes SD.
Deux autres formats physiques ont été créés : les cartes miniSD (2003) et microSD (2005).
Ces cartes de plus petite taille sont principalement utilisées dans les baladeurs audio numériques, les téléphones mobiles, les consoles de jeux les plus récents. Les capacités de stockage disponibles sur le marché vont jusqu'à 32 Go (en 2010) pour les cartes microSDHC.
En janvier 2009, la SD Association a annoncé la prochaine génération de cartes SD. La spécification SDXC (XC pour eXtended Capacity, soit capacité étendue) proposera une capacité maximale théorique de 2 To, et des débits en lecture/écriture allant jusqu'à 104 Mo/s (avec un objectif ultérieur fixé à 300 Mo/s). Ce nouveau format s'appuie sur le système de fichiers propriétaire exFAT de Microsoft -- mais devrait être compatible avec des systèmes de fichiers libres (tels qu'ext3 ou ext4), comme l'ont été ses prédécesseurs. Les cartes SDXC prochainement mises sur le marché auront des capacités de 48 et 64 Go.