Činnosť protokolov Internetu pred používateľmi skrýva funkciu tejto vrstvy. Je určená na prenos údajov špecifickým typom siete (napr. LAN Ethernet, Token Ring, atď.). Tento prístup znižuje potrebu zmeny vo vyšších vrstvách pri zavádzaní nových sieťových technológií (napr. ATM). Činnosti vykonávané na tejto úrovni zahŕňajú zapúzdrenie IP datagramov do rámcov, ktoré sú prenášané sieťou. Jednou z predností TCP/IP je adresácia, ktorá identifikuje každý počítač na sieti. IP adresa musí byť konvertovaná na adresu vyhovujúcu fyzickej sieti, cez ktorú je datagram prenášaný.
 Údaje určené na prenos sú prijímané z vrstvy Internet. Informácie vrstvy prístupu na sieť sú pridané v podobe hlavičky, ktorá sa pripája na začiatok údajov. 
 Najznámejším Internetovým protokolom na úrovni sieťovej vrstvy je Internet Protocol (IP), ktorý zabezpečuje základné slúžby na prenos paketov pre všetky siete TCP/IP. Okrem fyzických adries uzlov používaných vo vrstve prístupu na sieť, protokol IP implementuje systém logických adries nazývaných IP adresy. IP adresy sú využívané vrstvou sieťového rozhrania a vyššími vrstvami na identifikáciu zariadení a na smerovanie. Protokol ARP (Address Resolution Protocol) umožňuje protokolu IP dekódovať fyzickú adresu, ktorá náleží danej IP adrese.
 IP využívajú všetky protokoly nadradených vrstiev, čo znamená, že všetky údaje sú prenášané pomocou IP, bez ohľadu na konečné miesto ich určenia.