Je riešená hardwarovo. Dátové jednotky prenášané fyzickou vrstvou sú bity. Definuje prostriedky pre komunikáciu s prenosovým médiom a s technickými prostriedkami rozhraní. Taktiež definuje fyzické, elektrické, mechanické a funkčné parametre týkajúce sa fyzického prepojenia jednotlivých zariadení. Rovnako zaisťuje zakódovanie rámcov do podoby signálov a špecifikuje bitový prenos z jedného zariadenia na druhé prostredníctvom fyzického média. Samotné fyzické médium nie je súčasťou vrstvy, v OSI modelu je pod touto vrstvou. Fyzická vrstva zaisťuje synchronizáciu (synchrónna alebo asynchrónna komunikácia) a multiplexing (niekoľko logických spojení je možné realizovať jedným fyzickým médiom). Tato vrstva je závislá technologicky (Ethernet, Token Ring, ATM, FDDI, …), ale protokolovo (IP, IPX, Vines IP, XNS, …) je nezávislá! Zhrnutie vlastností a funkcií fyzickej vrstvy:

• Je jedinou vrstvou, ktorá podporuje fyzickú komunikáciu dát medzi systémami.
• Jej účelom je aktivácia, udržovanie v aktívnom stave a deaktivácia fyzických spojení určených pre prenos listov alebo značiek.
• Poskytuje služby zahajovania a záveru fyzických spojení, vytváranie dátových jednotiek, identifikáciu dátových okruhov, prenos bitov alebo skupín bitov pri riadení fyzickej vrstvy.
• Príklady: normy asociácie EIA/TIA (RS-232, 449, RS); fyzické rozhrania ITV-T, atď.