Pula publicznych adresów IPv4 nie jest wystarczająca do przyznania każdemu urządzeniu podłączonemu do Internetu unikatowego adresu. Sieci są zazwyczaj implementowane z użyciem prywatnych adresów IPv4, wg dokumentu RFC 1918. Rys. 1 przedstawia zakres adresowy zawarty w RFC 1918. Jest bardzo prawdopodobne, że komputer, którego używasz do czytania tego materiału, także ma przypisany adres prywatny.
Te adresy prywatne wykorzystywane są w obrębie organizacji do komunikacji wewnętrznej. Jednakże, ponieważ adresy te nie identyfikują żadnej konkretnej konkretnej firmy lub organizacji, adresy IPv4 nie mogą być routowane przez Internet. Aby umożliwić urządzeniu z adresem prywatnym IPv4 dostęp do urządzeń i zasobów poza siecią lokalną, jego adres prywatny musi zostać najpierw przetłumaczony na adres publiczny.
Jak pokazano na rys.2, NAT umożliwia dokonywanie translacji adresów prywatnych na publiczne. Pozwala to urządzeniu z adresem prywatnym IPv4 na dostęp do zasobów spoza swojej sieci prywatnej, np. z Internetu. NAT w połączeniu z adresami prywatnymi IPv4, okazał się bardzo pożytecznym sposobem oszczędzania publicznych adresów IPv4. Pojedynczy publiczny adres IPv4 może być współdzielony przez setki a nawet tysiące urządzeń, z których każde ma własny unikatowy adres prywatny IPv4.
Bez NAT, wyczerpanie przestrzeni adresowej IPv4 nastąpiłoby na długo przed rokiem 2000. Mimo to, NAT ma pewne ograniczenia, o których będzie mowa w dalszej części tego rozdziału. Rozwiązaniem dla wyczerpującej się puli adresów IPv4 oraz ograniczeń NAT jest ostateczne przejście na IPv6.