Прикладний рівень (Application layer) є найвищим рівнем моделі, що безпосередньо пов’язаний із прикладними процесами і надає різні послуги, у тому числі й залежно від виду використовуваного обладнання.

Засобами прикладного рівня є набір різноманітних протоколів, за допомогою яких користувачі мережі одержують доступ до ресурсів, що розподіляються, таких як файли, принтери або гіпертекстові веб-сторінки, а також організують спільну роботу, наприклад за допомогою протоколу електронної пошти. Одиниця даних, якою оперує прикладний рівень, зазвичай називається повідомленням (message). Прикладний рівень надає набір усіх мережних сервісів, які забезпечує система кінцевому користувачеві, і відповідає за розв’язання таких завдань:

• ідентифікація, перевірка прав доступу;
• принт- і файл-сервіс, пошта, віддалений доступ.

На прикладному рівні працюють такі протоколи:

• FTP (File Transfer Protocol) — використовується для передачі файлів між комп’ютерами, на яких можуть бути встановлені різні операційні системи або платформи. Програмне забезпечення FTP-сервера виконується на комп’ютері, що передає файли, а клієнтська програма FTP використовується для організації з’єднання і завантаження файлів із сервера. Клієнтська програма FTP, що викликається з командного рядка, включена майже в усі реалізації пакета протоколів TCP/IP. Значною мірою поширені графічні клієнтські програми FTP, наприклад WSFTP, CuteFTP і FTP Voyager. В останніх версіях веб-браузерів, таких як Microsoft Internet Explorer і Navigator/Communicator компанії Netscape, також містяться вбудовані засоби FTP;
• Telnet використовується для емуляції терміналу і для надання доступу до аплікацій і файлів на іншому комп’ютері. На відміну від FTP, протокол Telnet не можна використовувати для копіювання файлів з одного комп’ютера на інший. Його можна використовувати тільки для читання й для виконання аплікацій на віддаленому вузлі. Програмне забезпечення Telnet складається із програмного забезпечення сервера Telnet, що виконується на віддаленому комп’ютері, до якого надається доступ, і програмного забезпечення клієнта Telnet, що виконується на комп’ютері, що одержує доступ;
• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) є простим протоколом ASCII, не орієнтованим на конкретного постачальника і використовується для передачі електронних повідомлень за допомогою Інтернету. Протокол SMTP використовується багатьма популярними програмами відправлення електронних повідомлень і програмами вивантаження листів з призначеної для користувача поштової скриньки на сервері (наприклад, Post Office Protocol, поточна версія РОРЗ, або Internet Message Access Protocol);
• SNMP (Simple Network Management Protocol) використовується для отримання інформації про мережу. Його можна застосовувати з різними платформами й операційними системами. Протокол SNMP входить до складу пакетів TCP/IP, IPX і OSI. SNMP використовує MIB (Management Information Base), що являє собою базу даних з інформацією про вузли мережі. Протокол SNMP складається з двох частин: програмного забезпечення агента, що виконується на контрольованому вузлі, і програмного забезпечення управління, що виконується на контролюючому вузлі.

Окрім названих, існує досить багато інших протоколів прикладного рівня. Наприклад, такі протоколи, як NCP в операційній системі Novell NetWare, SMB у Microsoft Windows NT, NFS і TFTP, що входять у стек TCP/IP, HTTP (Hypertext Transfer Protocol) і NNTP (Network News Transfer Protocol). Не слід плутати аплікації із протоколами під тим самим ім’ям, що служать основою цих програм. Наприклад, існує багато аплікацій різних постачальників з ім’ям FTP (таких як FTP Voyager, FTP Explorer, Fetch для Macintosh і GREED для Linux). У цих програмах FTP використовується для передачі файлів, однак, окрім цього, у них включені деякі додаткові засоби, такі як графічні інтерфейси (що відрізняються в різних реалізаціях) або драйвери пошуку файлів. Протокол прикладного рівня приймає дані від аплікації користувача і передає їх вниз по стеку протоколів на рівень представлення.