Yönlendirici, yerel ağdaki cihazlardan veri paketlerini alıp bunları amaçlanan hedeflere ileterek çalışır. Her paketin nereye gönderileceğini belirlemek için IP adreslerini kullanarak OSI modelinin ağ katmanında (Katman 3) çalışır. Yönlendiriciler, çeşitli ağlara giden en iyi yollar hakkında bilgi içeren yönlendirme tablolarını tutar ve bu sayede, paketlerin birbirine bağlı ağlar arasında verimli bir şekilde nasıl iletileceğine ilişkin kararlar almalarına olanak tanır.
Yönlendiriciler, ağlar içindeki ve arasındaki veri trafiğini yönetmek için donanım ve yazılımın bir kombinasyonunu kullanarak çalışır. Bağlı cihazlardan paketleri alırlar, her paketin hedef IP adresini incelerler ve yönlendirme tablolarına göre yönlendirme için en iyi yolu belirlerler. Bu süreç, birden çok yönlendiricinin birbirine bağlı olduğu karmaşık ağlarda bile verilerin hedefine doğru ve verimli bir şekilde ulaşmasını sağlar.
İnternete erişmek için, bir yönlendirici genellikle Ethernet bağlantı noktası veya DSL modem gibi harici bir arayüz aracılığıyla bir internet servis sağlayıcısına (ISP) bağlanır. Yönlendirici, bağlandıktan sonra ISP’den bir IP adresi almak ve internete bağlantı kurmak için DHCP (Dinamik Ana Bilgisayar Yapılandırma Protokolü) gibi protokolleri kullanır. Daha sonra yerel ağdaki cihazlar ile harici ağlar arasındaki veri trafiğini yönetir ve her paketteki hedef IP adreslerine göre paketleri internete ve internetten iletir.
Yönlendiriciler, geleneksel kablolu ağ kurulumlarında çalışmak için genellikle bir SIM kart gerektirmez. SIM kartlar genellikle internet bağlantısı için hücresel ağları kullanan mobil cihazlar ve kablosuz yönlendiricilerle ilişkilendirilir. Standart ev veya ofis ağ ortamlarında yönlendiriciler internete Ethernet kabloları, DSL modemler veya ISP’ler tarafından sağlanan diğer kablolu bağlantılar aracılığıyla bağlanır. Bununla birlikte, mobil geniş bant için tasarlanmış bazı özel yönlendiriciler, kablolu bağlantıların bulunmadığı veya pratik olmadığı alanlarda internet bağlantısı için hücresel ağlara erişmek üzere SIM kartlar içerebilir.