Síťová vrstva využívá logické adresování. Na rozdíl od linkové vrstvy, která přenáší linkové rámce pouze ke svým sousedům, má za úkol přenést data dále, i přes mezilehlé uzly, do dalších sítí.

Jednou z nejdůležitějších služeb síťové vrstvy je směrování, tzv. routing, během kterého hledá cestu pro přenos bloků dat, tzv. paketů (packets) přes mezilehlé uzly do libovolného cílového uzlu.

Metody hledání nejvhodnější cesty jsou založeny na různě složitých algoritmech. Patří mezi ně například záplavový algoritmus, kdy každý mezilehlý uzel předá paket dál ve všech směrech, kromě příchozího, a tím je zaručené, že se dříve či později dostane ke svému cíli. Negativním jevem je, že vznikají duplicitní pakety, které je třeba následně eliminovat. Jiné algoritmy hledají cestu k cílovému uzlu na základě znalosti celé soustavy vzájemně propojených sítí.

Je tedy nutná znalost skutečné topologie celé sítě.