物理层的主要任务就是确定与传输媒体的接口有关的一些特性，如及其特性、电气特性、功能特性和过程特性。一个数据通信系统可划分为三大部分，即源系统、传输系统和目的系统。源系统包括源点（或源站、信源）和发送器，目的系统包括接收器和终点（或目的站、、信宿）。通信的目的是传送消息。如语音、文字、图像、视频等都是消息。数据是运送消息的实体。信号则是数据的电气或电磁的表现。根据信号中代表消息的参数的取值方式不同，信号可分为模拟型号（或连续信号）和数字信号（或离散信号）。代表数字信号不同离散数值的基本波形称为码元。根据双方信息交互的方式，通信可划分为单向通信（或单工通信）、双向交替通信（或半双工通信）和双向同时通信（或全工通信）。来自信源的信号叫做基带信号。信号要在信道上传输就要经过调制。调制有基带调制和带通调制之分。最基本的带通调制方法有调幅、调频和调相。还有更复杂的调制方法，如正交振幅调制。要提高数据在信道上的传输速率，可以使用更好的传输媒体，或使用先进的调制技术。但数据传输速率不可能被任意地提高。传输媒体可分为两大类，即导引型传输媒体（如双绞线、同轴电缆和光纤）和非导引型传输媒体（无线或红外或大气激光）。常用地信道复用技术有频分复用、时分复用、统计时分复用、码分复用和波分复用（光的频分复用）。最初在数字传输系统中使用的传输便准是脉冲编码调制PCM。现在高速的数字传输系统使用同步光纤网SONET（美国标准）或同步数字系列SDH（国际标准）。用户到互联网的宽带接入方法有非对称数字用户线ADSL（用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造）、光纤同轴混合网HFC（在有线电视网的基础上开发的）和FTTx（即光纤到…）。为了 有效地利用光纤资源，在光纤干线和用户之间广泛使用无光源网络PON。无光源网络无需配备电源，其长期运营成本和管理成本都很低。最流行地无光源网络是以太网无光源网络EPON和吉比特无光源网络GPON。
