第三层同样是对应于OSI／RM开放体系模型的第三层－－ 网络层来定义的，也就是说这类交换机可以工作在网络层，它比 第二层交换机更加高档，功能更加强。
第三层交换机因为工作于OSI／RM模型的 网络层，所以它具有 路由功能，它是将IP地址信息提供给网络路径选择，并实现不同 网段间数据的 线速交换。当网络规模较大时，可以根据特殊应用需求划分为小面独立的VLAN 网段，以减小广播所造成的影响时。
通常这类交换机是采用模块化结构，以适应灵活配置的需要。
在大中型网络中，第三层交换机已经成为基本配置设备。
三层交换机就是具有部分 路由器功能的交换机，三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具有的路由功能也是为这目的服务的，能够做到一次路由，多次转发。对于 数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现，而象 路由信息更新、 路由表维护、路由计算、路由确定等功能，由软件实现。
一次路由多次转发指的是三层交换机。
举例：A点与B点通信，中间有一台三层交换机的设备。
A向B发数据：A知道的IP地址，PC机自己检测子网掩码取得网络号看是否与自己网络同一网段，如果是同一网段，A就会发出ARP的请求，B收到请求回给A一个MAC地址，然后A就会封装把数据交给三层交换机，三层交换机收到数据包，拆开封装，启用二层交换模块，查看MAC地址表对应的接口，将数据包转发。
如果不是同一网段，A就会把数据包交给网关，这个网关正好是三层交换机配置的VLAN里面的IP地址，三层交换机收到数据包，拆开封装，启用三层路由模块，查看路由表对应的接口，将数据包转发数据通过一定的识别触发机制，确立主机A与B的MAC地址及转发端口的对应关系，并记录进流缓存条目表，以后的A到B的数据，就直接交由二层交换模块完成。这就通常所说的一次路由多次转发。
