Cette couche réalise l'interconnexion des réseaux (hétérogènes) distants sans connexion. Son rôle est de permettre la transmission des paquets de données dans n’importe quel réseau et l'acheminement de ces paquets indépendamment les uns des autres jusqu'à la destination spécifiée. Comme aucune connexion n'est établie au préalable, les paquets peuvent arriver dans le désordre ; le contrôle de l’ordre de remise – appelé aussi contrôle de flux – est couramment assuré par une couche supérieure comme la couche transport.

Cette couche est particulièrement utile dans le cadre de l'interconnexion de réseaux.

La couche internet possède une implémentation : le protocole IP (Internet Protocol).