三层交换机是相对于传统的交换概念而提出的，传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的数据链路层进行操作的，而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发，简单的说三层交换机就是在二层交换机的基础上采用了三层转发技术，从而解决了局域网中网段划分后，子网依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂造成的网络瓶颈问题。
当有数据从交换机的端口芯片接收进来以后，首先会在二层交换机芯片中查找对应的目的MAC地址，如果能够在MAC地址表中找到，就直接进行二层转发，从而实现数据的快速传送。但是当找不到目的MAC地址的时候，交换机就会把数据传送到CPU，然后由CPU查找相应的路由表信息，与数据的目的IP地址相对比，然后发送ARP数据包到目的主机，得到该主机的MAC地址，接着将MAC地址发送到二层芯片，由二层芯片转发该数据包，最后实现数据的传送。
三层交换机根据处理数据的不同分为硬件与软件两个大类，硬件交换机的三层技术相对来说比较复杂，成本较高，但是传送数据速度快，性能好，其负载能力非常强。工作的时候是通过ASIC芯片，采用硬件的方式进行路由表的查找与刷新的。而软件交换机的三层交换技术简单，成本比较低，但是传送数据的速度比较慢一些，不适合作为主干交换机，采用CPU用软件的方式查找路由表。
三层交换机即可以完成第二层交换机的端口交换功能，又可以完成部分路由器的路由功能。三层交换机最重要的功能就是加快大型网络内的数据快速转发，从而使更大的数据流量能够实现在内网中高速传送。
