Fundamentem, na którym zbudowany jest model referencyjny OSI, jest jego warstwa fizyczna. Określa ona wszystkie składniki sieci niezbędne do obsługi elektrycznego, optycznego, radiowego wysyłania i odbierania sygnałów. Warstwa fizyczna składa się z czterech obszarów funkcjonalnych:
- mechanicznego,
- elektrycznego,
- funkcjonalnego,
- proceduralnego.
Wspólnie obejmują one wszystkie mechanizmy potrzebne do obsługi transmisji danych, takie jak techniki sygnalizacyjne, napięcie elektryczne powodujące przepływ prądu elektrycznego przenoszącego sygnał, rodzaje nośników i odpowiadające im właściwości impedancji, elektroniczne składniki kart sieciowych, a nawet fizyczny kształt złącza używanego do terminacji nośnika.
Warstwa fizyczna przesyła i odbiera sygnały zaadresowane dla wszystkich protokołów jej stosu oraz aplikacji, które je wykorzystują. Musi ona więc wykonywać kilka istotnych funkcji – w szczególności:
Aby móc nadawać dane, musi ona:
zamieniać dane znajdujące się w ramkach na strumienie binarne,
wykonywać taką metodę dostępu do nośnika, jakiej żąda warstwa łącza danych,
przesyłać ramki danych szeregowo (czyli bit po bicie) w postaci strumieni binarnych.
W celu odbierania danych konieczne jest natomiast:
oczekiwanie na transmisje przychodzące do urządzenia hosta i do niego zaadresowane,
odbiór odpowiednio zaadresowanych strumieni,
przesyłanie binarnych strumieni do warstwy łącza danych w celu złożenia ich z powrotem w ramki.
Lista ta, jak widać, nie obejmuje żadnych sposobów weryfikowania integralności danych. Warstwa fizyczna nie posiada bowiem mechanizmu służącego rozpoznawaniu znaczenia wysyłanych, jak też otrzymywanych danych. Służy wyłącznie przesyłaniu logicznych zer i jedynek.
Warstwa fizyczna, w postaci określonej przez Model Referencyjny OSI, składa się ze wszystkich procesów, mechanizmów, elektroniki oraz protokołów, które potrzebne są urządzeniu obliczającemu w celu wysłania i odbierania binarnych strumieni danych. W specyfikacji warstwy fizycznej technologii LAN zamieszczone są oczekiwania odnośnie wydajności nośnika łączącego komunikujące się ze sobą urządzenia. Model jednak nie określa samego rodzaju nośnika.