Фізичний рівень (Physical layer), ідентифікуючи канали зв’язку, управляє засобами організації фізичного з’єднання, виявляє пошкодження і передає повідомлення про це засобам канального рівня. Поняття фізичного рівня, його призначення і виконувані функції визначені в Рекомендації ITU Х.200 і стандарті ISO 7490. Відповідно до них фізичний рівень виконує сервісні функції для канального рівня (рівня каналу даних). Його призначенням є забезпечення механічних, електричних, функціональних і процедурних засобів, для встановлення, підтримки і роз’єднання фізичних з’єднань з метою передачі послідовностей бітів між об’єктами канального рівня.

Функції цього рівня реалізуються у всіх пристроях, підключених до мережі, незважаючи на те, що інформація, яка передана по фізичному ланцюгу, на цьому рівні не піддається перетворенням. Фактично даний рівень пов’язаний з фізичним доступом до мережі методом прийому і передачі інформації, здійснюючи, наприклад, прийом даних від розташованого вище канального рівня, перетворення цих даних в електричні, оптичні або радіосигнали і направлення останніх через середовище передачі на прийомний вузол, забезпечуючи:

• підготовку для передачі інформаційних сигналів як за всіма вищими рівнями моделі ЕМВВС, так і для міжсистемного обміну відповідно до використовуваної технології передачі;
• кодування інформації й синхронізацію бітових послідовностей, гарантуючи необхідну достовірність прийому/передачі;
• перетворення електричного, оптичного, механічного та функціонального інтерфейсів мережного кабелю для передачі по ньому (через фізичне середовище) неструктурованих бітових потоків.

Фізичний рівень надає канальному рівню такі послуги:
1) фізичні з’єднання;
2) фізичні блоки даних служби;
3) кінцеві точки фізичних з’єднань;
4) ідентифікацію фізичних каналів передачі даних;
5) організацію передачі послідовностей бітів;
6) оповіщення про несправність фізичного рівня;
7) визначення параметрів якості послуг, що надаються.

Основними функціями, які виконуються усередині фізичного рівня, є:

• встановлення і роз’єднання фізичних з’єднань між об’єктами мережі;
• передача послідовностей бітів у синхронному або асинхронному режимі;
• управління фізичним рівнем.

На фізичному рівні визначаються специфікації на механічні, електричні й інші властивості середовища передачі, сигнали, обладнання, з’єднання, параметри кабелів і з’єднувачів. До цього рівня мають відношення характеристики фізичних середовищ передачі даних, такі як смуга пропускання, завадозахищеність, хвильовий опір та інші. На цьому ж рівні визначаються характеристики електричних сигналів, що передають дискретну інформацію, таку як крутість фронтів імпульсів, рівні напруги або струму переданого сигналу, тип кодування, швидкість передачі сигналів. Окрім того, тут стандартизуються типи з’єднувачів і призначення кожного контакту.

Дискретний канал зв’язку захищений від впливу завад тільки потенційною завадостійкістю переданих сигналів (безперервних або дискретних). Оскільки на фізичному рівні не розв’язується завдання виправлення спотворених бітів, його слід вважати ненадійною системою передачі. Функції фізичного рівня реалізуються, як правило, апаратно (мережний адаптер або послідовний порт) у всіх пристроях, підключених до мережі.

Прикладом протоколу фізичного рівня може служити специфікація 10 Base-T технології Ethernet, що визначає як використовуваний кабель неекрановану кручену пару категорії 3 із хвильовим опором 100 Ом, з’єднувач RJ-45, максимальну довжину фізичного сегмента 100 метрів, манчестерський код для представлення даних у кабелі, а також деякі інші характеристики середовища й електричних сигналів. До інших найпоширеніших стандартів фізичного рівня належать інтерфейси RS-232C, CCITT V.24, V.28 і V.35 (механічні/електричні характеристики послідовного незбалансованого інтерфейсу), EIA-RS-422/449, EIA-530, CCITT V.10 (механічні, електричні й оптичні характеристики збалансованого послідовного інтерфейсу), High-Speed Serial Interface (HSSI), IEEE 802.3 — CSMA/CD (Ethernet) і IEEE 802.5 — Token Ring).