Физический уровень получает кадры данных от канального уровня и передает их структуру и содержимое (обычно по одному биту) и отвечает за побитовый прием входящих потоков данных, который передается на верхний уровень. На этом уровне определяются физические характеристики электрических или оптических средств передачи сигнала, например, напряжение электрического тока, используемого для передачи сигнала, тип носителя, характеристики волнового сопротивления и даже физическая форма коннектора, подключенного к передающей среде.

Физический уровень не содержит компоненты, способные генерировать или передавать коммуникационные сигналы, он ограничивается процессами и механизмами, необходимыми для подачи сигнала в передающую среду и для приема сигналов от этой среды. Сама среда в этот уровень не входит (хотя различные стандарты указывают тип передающей среды), иногда ее еще называют нулевым уровнем модели OSI.