Cumple la función de establecer las reglas necesarias para establecer una conexión entre dos dispositivos remotos. Como la capa de red en la arquitectura TCP/IP no se preocupa del orden de los paquetes ni de los errores, es en esta capa donde se cuidan estos detalles.
Este nivel es el encargado de la transferencia libre de errores de los datos entre el emisor y el receptor, aunque no estén conectados en la misma red.
Al igual que las capas anteriores, la información que maneja esta capa tiene su propio nombre y se llama segmento. Por tanto la capa de transporte se debe de encargar de unir múltiples segmentos del mismo flujo de datos.
Los dos protocolos más importantes que trabajan en este nivel son el TCP y el UDP.
TCP es un protocolo orientado a conexión y fiable, se diseñó específicamente para proporcionar un flujo de bytes confiable de extremo a extremo a través de redes no fiables. Por eso es tan útil en Internet, ya que las redes que configuran Internet podrían tener diferentes topologías, anchos de banda, retardos, tamaños de paquete, etc. Pero TCP tiene un diseño que se adapta de manera dinámica a las propiedades de estas redes y permite la conexión en muchos tipos de situaciones.
UDP es un protocolo no orientado a conexión y no fiable, este protocolo proporciona todo lo necesario para que las aplicaciones envíen datagramas IP encapsulados sin tener una conexión establecida. Uno de sus usos es en la transmisión de audio y vídeo en tiempo real, donde no es posible realizar retransmisiones por los estrictos requisitos de retardo que se tiene en estos casos.