128位地址空間包含的準確地址數是340，282，366，920，938，463，463，374，607，431，768，211，456。這些空間足夠爲地球上每一粒沙子提供一個獨立的IP地址。
同時，IPv6能爲主機接口提供不同類型地址的自動配置：
全球地址(Globally)
全球單播地址(unicast)
區域地址(on-site)
鏈路本地地址(link local address)
地區本地地址(site local address)
廣播地址(Broadcast)
組播羣地址(multicast group address)
任播地址(anycast address)
移動地址(Mobility)
家鄉地址(home address)
轉交地址(care-of address )
聚類全球單播地址(aggregatableglobal unicast)是默認的IPv6地址。這種地址類型是基於分層的網絡拓撲結構。分層網絡拓撲結構的底層是互聯網服務提供商(ISP)，之上是客戶網絡和它的子網。 128位地址分成前綴和後綴兩部分，各64位。其中64位後綴地址由設備接口來定。
IPv6主機並不需要了解這種地址的層次結構，因此它對網絡安全有很大的好處。爲了保證同外部因特網通信時的安全，公司的工作站可以使用定點地址。當需要在相鄰的路由器之間安全地傳送路由拓撲信息時，還可以使用局部連接地址。組播地址也屬於這種分層地址結構，而且被用於地址的自動配置。
另外，這種地址結構還支持一些新服務，如：優化的IP層移動或廣播服務。在IPv6互聯網網絡上，這些服務一開始就可以在全球範圍內實現。而IPv4就幾乎沒有這種靈活性。 IPv6的這種分層地址結構也使得路由器可以使用多個可聚類的短路由表，每個路由表中存放適量數目的記錄。IPv4的一個特點就是，路由表內容呈指數級增長，從而增加了每個數據包的處理延遲。而在IPv6中，這種處理延遲已不再是一個限制因素。
IPv6同時改進提高了IP包的基本報頭格式。這種簡化的包結構是對IPv4的一個主要改進之處，它有助於彌補IPv6長地址佔用的帶寬。IPv6的16字節地址長度是IPv4的4字節地址長度的4倍，但IPv6報頭的總長度只有IPv4報頭總長度的2倍。 IPv6報頭所含字段少，而且報頭長度固定。這些特點使路由器的硬件實現更加簡單。與IPv4不同，IPv6網絡中，在路由過程中不對數據包進行分割，從而進一步減少了路由負載。這些改進使IPv6能夠在一個合理的開銷範圍內，適應互聯網流量的指數級增長速度。
IPv6的另一個優點就是，在需要的時候能夠在基本報頭的後面放置擴展報頭。這也同時提高了路由能力。與跳躍式報頭不同的是，這種連續報頭在終端節點進行分析。一個實例就是IP安全報頭(IPSec)，它能夠提高端到端的安全性。其它擴展報頭包括路由報頭，分斷報頭，認證報頭和信宿報頭。
