OSI 物理層通過網絡介質傳輸構成數據鏈路層幀的比特。
物理層的用途是：創建電信號、光信號或微波信號，以表示每個幀中的比特。
通過本地介質傳輸幀需要以下一些物理層要素：
l物理介質和關聯的連接器
l在介質上表示比特
l數據編碼和控制信息
l網絡設備上的發送器和接收器電路
比特的表示（即，信號類型）視介質類型而定。
對於銅纜介質，信號爲電子脈衝模式。
對於光纜，信號爲光模式。
對於無線介質，信號爲無線電傳輸模式。
識別幀：
當物理層將比特編碼成特定介質的信號時，必須甄別一個幀的結束位置和下一個幀的開始位置。否則，介質設備無法識別什麼時候收完幀了。
物理層的標準：
類似於數據鏈路層相關技術，物理層技術是由以下組織定義的：
l 國際標準化組織 (ISO)
l 電氣電子工程師協會 (IEEE)
l 美國國家標準學會 (ANSI)
l 國際電信聯盟 (ITU)
l 電子工業聯盟/電信工業協會 (EIA/TIA)
l 國有電信機構，例如美國聯邦通訊委員會 (FCC)。
物理層技術和硬件
由這些組織定義的技術包括四個領域的物理層標準：
l 介質的物理和電氣屬性
l 連接器的機械性能（材料、尺寸和引腳輸出）
l 通過信號表示的比特（編碼）
l 控制信息信號的定義
物理層基本原則：物理層的三個基本功能是：
1) 物理組件
物理要素是電子硬件設備、介質和連接器，它們用於傳輸和承載用於表示比特信號的設備。
2) 數據編碼
編碼是一種將數據比特流轉化成預定義代碼的方法。除爲數據創建代碼以外，物理層的編碼方法還提供起控制作用的代碼（例如識別幀的開始和結束位置）
3) 信號
物理層必須在介質上生成代表“1”和“0”的電信號、光信號或無線信號。表示比特的方法稱爲信號方法。
信號方法：
通過更改信號的以下一個或多個特徵在介質上表示信號：
l 幅度
l 頻率
l 相位
非歸零 (NRZ)信號：低電壓值代表邏輯 0，而高電壓值代表邏輯 1。電壓範圍取決於所採用的特定物理層標準。
曼徹斯特編碼：曼徹斯特編碼方案不是用簡單的電壓值脈衝來表示比特，而是用電壓跳變來表示比特值。從低電壓到高電壓的跳變表示比特值 1，而從高電壓到低電壓的跳變表示比特值 0。
信號模式：
檢測幀的一種方法是每個幀都用物理層認爲是幀開頭的比特信號模式開始，用表示幀結束的比特信號模式結束。沒有以這種方式構成幀的信號比特將被所採用的物理層標準忽略。
有效的數據比特需組織成幀；否則，收到的數據比特將無任何上下文環境，無法將其意義傳遞給網絡模型的上層。這種構成幀的方法可以由數據鏈路層或物理層分別提供，也可以由二者共同提供。
代碼組：代碼組是連續的代碼比特，解釋並映射爲數據比特模式。
編碼技術使用的比特模式就稱爲符號。物理層可以使用一組被編碼的符號（稱爲代碼組）來表示編碼數據或控制信息
使用代碼組的優點有：
l 降低比特電平錯誤
要正確地檢測單個比特是 0 還是 1，接收器必須瞭解如何及何時在介質上取樣信號。這要求接收器和發送器之間的時間必須同步。
l 限制傳輸到介質中的效能
平衡發送1和0這可以避免在傳輸中將過多的能量注入介質，從而減少介質輻射的干擾。發送一長串 1 可能導致接收器中的傳輸激光和光電二極管過熱，有可能導致較高的錯誤率。
l 幫助甄別數據比特和控制比特
l 更有效地檢測介質錯誤。
除數據符號和控制符號外，代碼組中還包含無效符號。這些符號可能在介質上創建長串的 1 或 0；因而，發送節點不會使用它們。如果接收節點收到其中一種模式，物理層就可以斷定收到的數據有錯誤。