Warstwa transportowa odpowiada za ustanowienie sesji komunikacyjnej oraz wymianę danych pomiędzy aplikacjami. Aplikacje generują dane, które przesyłane są pomiędzy aplikacjami uruchomionymi na hoście źródłowym i docelowym, niezależnie od typu hosta docelowego, medium, ścieżki, po której dane będą kierowane, ewentualnych przeciążeń na łączu czy rozmiaru sieci. Jak pokazano na rysunku, warstwa transportowa jest łącznikiem pomiędzy warstwą aplikacji a warstwą leżącą poniżej, odpowiedzialną za transmisję w sieci.

Warstwa transportowa zapewnia niezawodne metody dostarczania danych w sieci, zapewniające przesłanie danych w sposób umożliwiający ich odebranie na urządzeniu końcowym. Warstwa transportowa zapewnia segmentację danych i konieczną kontrolę nad składaniem poszczególnych części w różne strumienie komunikacyjne. W TCP/IP, segmentacja danych oraz proces ich składnia odbywa się za pomocą dwóch różnych protokołów warstwy transportowej: Transmission Control Protocol (TCP) oraz User Datagram Protocol (UDP).

Główne zadania warstwy transportowej: