Η κεφαλίδα ενός πακέτου IPv6 έχει σχεδιαστεί ώστε να είναι απλούστερη από την κεφαλίδα IPv4, με στόχο τη διευκόλυνση της πιο αποτελεσματικής επεξεργασίας στους δρομολογητές.

Η κεφαλίδα IPv6 αποτελείται από 8 σταθερά πεδία, σε σύγκριση με τα 13 πιθανά πεδία (συμπεριλαμβανομένων των επιλογών) που μπορεί να έχει μια κεφαλίδα IPv4.

Τα βασικά πεδία κεφαλίδας IPv6 είναι τα εξής:

1. Εκδοχή: 4 bit που υποδεικνύουν την έκδοση του πρωτοκόλλου IP, η οποία για το IPv6 είναι ο αριθμός 6.
2. Κατηγορία Κυκλοφορίας: 8 bit που χρησιμοποιούνται για τη διαφοροποίηση της κυκλοφορίας στο δίκτυο, παρόμοια με το πεδίο Τύπος υπηρεσίας στο IPv4.
3. Ετικέτα ροής: 20 bit που χρησιμοποιούνται για την επισήμανση ακολουθιών πακέτων που απαιτούν ειδικό χειρισμό από δρομολογητές.
4. Μήκος ωφέλιμου φορτίου: 16 bit που υποδεικνύουν το μήκος του ωφέλιμου φορτίου του πακέτου, δηλαδή ό,τι ακολουθεί την κεφαλίδα IPv6, σε οκτάδες.
5. Επόμενη κεφαλίδα: 8 bit που προσδιορίζουν τον τύπο της κεφαλίδας αμέσως μετά την κεφαλίδα IPv6. Λειτουργεί παρόμοια με το πεδίο Πρωτόκολλο στο IPv4 και χρησιμοποιείται για να υποδείξει εάν η επόμενη κεφαλίδα είναι TCP, UDP, ICMPv6 κ.λπ.
6. Όριο λυκίσκου: 8 bit που καθορίζουν τον μέγιστο αριθμό αναπήδησης (διακινούμενοι δρομολογητές) που επιτρέπεται να κάνει το πακέτο πριν απορριφθεί. Είναι παρόμοιο με το πεδίο TTL στο IPv4.
7. Διεύθυνση πηγής: 128 bit που υποδεικνύουν τη διεύθυνση IPv6 του αποστολέα του πακέτου.
8. Διεύθυνση προορισμού: 128 bit που υποδεικνύουν τη διεύθυνση IPv6 του παραλήπτη του πακέτου.

Αυτά τα πεδία είναι οργανωμένα σε μια κεφαλίδα 40 byte. Η απλοποίηση στη σχεδίαση επιδιώκει να βελτιώσει την ταχύτητα επεξεργασίας σε συσκευές δικτύου, εξαλείφοντας την ανάγκη σύνοψης ή κατακερματισμού πακέτων σε ενδιάμεσους δρομολογητές, τα οποία αντιμετωπίζονται στα άκρα στο IPv6.