Физический уровень (Physicallayer) имеет дела с передачей битов по физическим каналам связи, таким, как коаксиальный кабель, крученная пара, оптоволоконный кабель или цифровой территориальный канал. К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и другие. На этом же уровни определяются характеристики электрических сигналов, которые передают дискретную информацию, такую как крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения или тока переданного сигнала, тип кодировки, скорость передачи сигналов. Кроме того, здесь стандартизируются типы разъемов и назначения каждого контакта.

Функции физического уровня:

- передача битов по физическим каналам;
- формирование электрических сигналов;
- кодировка информации;
- синхронизация;
- модуляция.

Реализуется аппаратно.

Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.

Примером протокола физического уровня может служить спецификация 100Base-TX технологии Ethernet, которая определяет в качестве среды передачи данных неекрановану крученную пару категории 5 с волновым сопротивлением 100 Ом, разъем RJ-45, максимальную длину физического  сегмента 100 метров, а также некоторые другие характеристики среды и электрических сигналов.