Bij de gegevensoverdracht worden de akoestische signalen gedigitaliseerd en in gegevenspakketten onderverdeeld. Deze pakketten worden voorzien van een kopregel die onder andere de afzender, ontvanger en status van het bericht bevat. Om een verbinding tot stand te brengen, wordt een zogeheten SIP-adres gebruikt. SIP staat voor Session Initiation Protocol. Een SIP-adres wordt slechts een keer uitgegeven, zodat de gebruiker aan de hand van dit adres eenduidig kan worden geïdentificeerd.
Zodra een gebruiker zijn apparaat inschakelt, meldt dit zich bij een server aan. Deze registreert de aanmelding. Wanneer een andere deelnemer het betreffende SIP-adres oproept, wordt deze aanvraag doorgeschakeld naar de betreffende server waarop de deelnemer is geregistreerd. Deze server leidt de oproep verder naar het eindapparaat en brengt zo de verbinding tot stand.
Het SIP-adres is in tegenstelling tot traditionele telefoonnummers niet gebonden aan een specifieke aansluiting. Wie zich met een geschikt apparaat via internet met het SIP-adres aanmeldt, is wereldwijd bereikbaar. Via een speciale gateways is het ook mogelijk internettelefonie te verbinden met het traditionele telefoonnet. Zo kan een normale telefoon een VoIP-telefoon bellen of omgekeerd. Een media-gateway werkt bijvoorbeeld zowel met ISDN als met een analoge telefoonaansluiting.
Deze technologie biedt het grote voordeel dat er zo goed als geen investering voor nodig is. Een internetverbinding zonder datalimiet is inmiddels in de meeste huishoudens standaard. IP-telefonie maakt gebruik van beschikbare bronnen, zodat er geen aanvullende kosten ontstaan. De traditionele telefoonaansluiting wordt hiermee overbodig en kan worden opgezegd.
Ook als er slechts af en toe wordt gebeld, zijn de kosten meestal lager dan bij traditionele telefonie. Oproepen naar klanten met dezelfde VoIP-aanbieder zijn bijna altijd gratis. In veel gevallen kunnen klanten ook gratis bellen met gebruikers van andere VoIP-aanbieders. Soms brengen bedrijven hier echter kosten voor in rekening. Aan oproepen naar het traditionele telefoonnet zijn altijd kosten verbonden. Bij veel aanbieders zijn deze gesprekskosten echter zeer laag.