A camada de aplicação define os protocolos de aplicativo TCP/IP e como os programas hosts fazem interface com os serviços da camada de transporte para usar a rede. Os protocolos HTTP, Telnet, FTP, SNMP e DNS são utilizados nesta camada.

A camada de transporte fornece gerenciamento de sessão de comunicação entre computadores hosts. Define o nível de serviço e o status da conexão usada para transportar dados. Os principais protocolos dessa camada são: TCP, UDP, RTP, SSL, IMAP e TLS.

Um dos objetivos principais da arquitetura TCP/IP é ser capaz de sobreviver à perda do hardware de sub-redes, sem interromper as comunicações em andamento. Protocolos como o TCP e o IP fornecem regras sintáticas e semânticas para comunicação, bem como detalhes dos formatos das mensagens.

A camada de internet ou de rede empacota dados em datagramas IP, que contêm informações de endereço de origem e destino que são empregadas para encaminhar os datagramas entre hosts e entre redes, executando o roteamento de datagramas IP. Os protocolos IP, ICMP, ARP, RARP são utilizados nesta camada.

A camada de interface de rede especifica detalhes de como os dados são fisicamente enviados pela rede, incluindo como os bits são sinalizados eletricamente por dispositivos de hardware que fazem interface diretamente com um meio de rede, como cabo coaxial, fibra óptica ou fio de cobre de par trançado. DSL, Ethernet, Token Ring e 802.11 são alguns dos protocolos encontrados nesta camada.