Die Hauptaufgabe der Transportschicht ist die Bereitstellung einer funktionalen und sicheren End-to-End-Datenübertragung innerhalb eines Netzwerks. Dafür übernimmt die OSI-Transportschicht die Daten von der Sitzungsschicht (Layer 5) und gibt sie dann an die Vermittlungsschicht (Layer 3) weiter. Die Transportschicht kann bei Bedarf die Daten auch in kleinere Einheiten unterteilen oder sie in größeren Paketen zusammenfassen, um sie so einfacher zu transportieren.
Die Übertragungen können dabei im verbundenen oder im unverbundenen Modus stattfinden. Die Transportschicht kann eine Netzwerkverbindung nutzen, eine Verbindung für mehrere Verbindungen verwenden oder eine Transportverbindung auf verschiedene Netzverbindungen verteilen. Sie agiert dabei aber immer transparent.
Zu den weiteren Funktionen der Transportschicht gehören auch der Auf- und Abbau sowie die Überwachung der Verbindung. Erfolgt die Übertragung im Verbindungsmodus, wird der erfolgreiche Datentransfer durch eine Bestätigung abgesichert. So weiß die Maschine, die die Daten gesendet hat, dass sämtliche Einheiten wie vorgeschrieben übertragen wurden. Erfolgt die Bestätigung nicht, startet automatisch ein neuer Übertragungsversuch. Dabei nimmt die Transportschicht keine Rücksicht auf die Medien, die in den ersten drei Schichten verwendet werden.