IPv6 和 IPv4 最核心的区别是地址空间大小不同。IPv6 用 128 位地址，解决了 IP 地址耗尽问题。因为地址空间大小不同，它们对地址的定义，对路由寻址策略都有显著的差异。
在路由寻址策略上， IPv6 消除了设备间地址冲突的问题，改变了划分子网的方式。在 IPv4 网络中，一个局域网往往会共享一个公网 IP，因此需要 NAT 协议和外网连接。
在划分子网的时候， IPv4 地址少，需要子网掩码来处理划分子网。IPv6 有充足的地址，因此不需要局域网共享外网 IP。也正因为 IPv6 地址多，可以直接将 IPv6 地址划分成站点、子网、设备，每个段都有充足的 IP 地址。
因为 IPv6 支持的 IP 地址数量大大上升，一个子网可以有 248 个 IP 地址，这个子网可能是公司网络、家庭网络等。这样 IP 地址的分配方式也发生了变化，IPv4 网络中设备分配 IP 地址的方式是中心化的，由 DHCP（动态主机协议）为局域网中的设备分配 IP 地址。而在 IPv6 网络中，因为 IP 地址很少发生冲突，可以由设备自己申请自己的 IP 地址。
另外因为 IPv6 中任何一个节点都可以是一个组播节点，这样就可以构造一个对等的网络，也就是可以支持在没有中心化的路由器，或者一个网络多个路由器的情况下工作。节点可以通过向周围节点类似打探消息的方式，发现更多的节点。这是一个配套 IPv6 的能力，叫作邻居发现（ND）。