Polami nagłówka pakietu IPv6 są:
- Wersja (ang. Version) - Zawiera 4-bitową wartość w formacie binarnym identyfikującą wersję pakietu IP. Dla pakietów IPv6, wartość tego pola ustawiona jest na 0110.
- Klasa ruchu (ang. Traffic Class) - To 8-bitowe pole jest równoważne polu zróżnicowanych usług DS (ang. Differentiated Services) w nagłówku IPv4. Składa się ono z 6-bitowej wartości opisującej typ usługi Differentiated Services Code Point (DSCP) stosowanej do klasyfikowania pakietów oraz 2-bitowego powiadomienia o zatorze ECN (ang. Explicit Congestion Notification) używanego do kontroli przeciążenia ruchu.
- Znacznik strumienia (ang. Flow Label) - 20-bitowe pole zapewniające specjalną usługę dla aplikacji czasu rzeczywistego. Może być ono wykorzystywane przez routery i przełączniki do identyfikacji pakietów należących do tego samego strumienia. Rozwiązanie to pozwala na zapewnienie utrzymania odpowiedniej kolejności przesyłanych pakietów, tak aby po dotarciu do hosta docelowego nie wymagały one ponownego porządkowania.
- Długość danych (ang. Payload Length) - To 16-bitowe pole jest równoważne polu Całkowita długość (ang. Total Length) w nagłówku IPv4. Definiuje ono wielkość całego pakietu (fragmentu) w tym również nagłówka i opcjonalnych rozszerzeń.
- Następny nagłówek (ang. Next Header) - To 8-bitowe pole jest równoważne polu Protokół (ang. Protocol) w nagłówku IPv4. Wskazuje ono typ danych przenoszonych w pakiecie. Pole to umożliwia warstwie sieciowej przekazanie ich odpowiedniemu nadrzędnemu protokołowi. Pole to jest także wykorzystywane, gdy do pakietu IPv6 dodawane są opcjonalne nagłówki rozszerzeń.
- Limit skoków (ang. Hop Limit) - 8-bitowe pole zastępujące pole TTL z nagłówka IPv4. Zapisana tu wartość jest zmniejszana o jeden przez każdy router przesyłający pakiet. Gdy wartość ta osiągnie 0 pakiet zostaje odrzucony przez router, a następnie przesyła do nadawcy w komunikacie ICMPv6 informację, że pakiet nie dotarł do miejsca przeznaczenia.
- Adres nadawcy (ang. Source Address) - Pole te identyfikuje 128-bitowy adres IPv6 hosta nadawczego.
- Adres odbiorcy (ang. Destination Address) - Pole te identyfikuje 128-bitowy adres IPv6 hosta odbiorczego.
Pakiet IPv6 może również zawierać nagłówki rozszerzeń EH (ang. extension headres), które dostarczają opcjonalnych informacji warstwy sieci. Nagłówki rozszerzeń są opcjonalne. Umieszczone są one między nagłówkiem IPv6 a przesyłanymi danymi. Nagłówki rozszerzeń EHS są wykorzystywane między innymi do zapewnienia fragmentyzacji, bezpieczeństwa oraz w celu wspierania mobilności.