Die verschiedenen Upper-Layer-Protokolle werden im Rahmen von IPv6 in der sogenannten Header-Erweiterung unterstützt. Hierbei können Protokolle wie zum Beispiel TCP, UDP, ICMPv6 oder auch IPSec in den IPv6-Header eingebettet werden.
Zusätzlich gibt es eine spezielle Erweiterung für das Quality-of-Service-Protokoll (QoS), die als Traffic Class bezeichnet wird. Diese kann verwendet werden, um Paketen Prioritäten zuzuweisen und somit den Datenverkehr zu optimieren.
Insgesamt bietet IPv6 eine flexible Unterstützung verschiedener Upper-Layer-Protokolle und ermöglicht somit eine breite Kompatibilität mit bestehenden Netzwerkanwendungen.