L'en-tête d'un paquet IPv6 a été conçu pour être plus simple que l'en-tête IPv4, dans le but de faciliter un traitement plus efficace dans les routeurs.

L'en-tête IPv6 se compose de 8 champs fixes, comparés aux 13 champs possibles (y compris les options) que pourrait avoir un en-tête IPv4.

Les champs d'en-tête de base IPv6 sont les suivants :

1. Version: 4 bits qui indiquent la version du protocole IP, qui pour IPv6 est le numéro 6.
2. Classe de trafic: 8 bits utilisés pour différencier le trafic sur le réseau, similaire au champ Type de Service en IPv4.
3. Étiquette de flux: 20 bits utilisés pour étiqueter les séquences de paquets qui nécessitent un traitement spécial par les routeurs.
4. Longueur de la charge utile: 16 bits qui indiquent la longueur de la charge utile du paquet, c'est-à-dire tout ce qui suit l'en-tête IPv6, en octets.
5. En-tête suivant: 8 bits qui identifient le type d'en-tête immédiatement après l'en-tête IPv6. Il fonctionne de manière similaire au champ Protocole dans IPv4 et est utilisé pour indiquer si l'en-tête suivant est TCP, UDP, ICMPv6, etc.
6. Limite de saut: 8 bits qui spécifient le nombre maximum de sauts (routeurs traversés) que le paquet est autorisé à effectuer avant d'être rejeté. Il est similaire au champ TTL dans IPv4.
7. Adresse source: 128 bits indiquant l'adresse IPv6 de l'expéditeur du paquet.
8. Adresse de destination: 128 bits indiquant l'adresse IPv6 du destinataire du paquet.

Ces champs sont organisés dans un en-tête de 40 octets. La simplification de la conception vise à améliorer la vitesse de traitement dans les périphériques réseau, en éliminant le besoin de résumer ou de fragmenter les paquets dans des routeurs intermédiaires, ce qui est géré aux extrémités dans IPv6.