Tầng ứng dụng APL (Application Layer) là tầng cao nhất trong mô hình cấu trúc mạng không dây Zigbee. Tầng ứng dụng bao gồm 3 lớp con: lớp Hỗ trợ Ứng dụng APS (Application Support), Đối tượng thiết bị Zigbee ZDO (Zigbee Device Object) và lớp nền tảng ứng dụng (Application Framework).
Hình 3. 33: Mô hình tầng ứng dụng trong mạng Zigbee [4, tr110]
Tầng hỗ trợ ứng dụng APS cung cấp các giao diện giữa tầng mạng và tầng ứng dụng thông qua điểm truy cập NLDE-SAP. Tầng này cũng chia ra làm 2 dịch vụ là dịch vụ dữ liệu APSDE (APS Data Entity) và dịch vụ quản trị APSME (APS Management Entity) vào cung cấp giao diện truy nhập qua các điểm truy nhập dịch vụ lần lượt là APSDE-SAP và APSME-SAP, tầng này cũng có cơ sở dữ liệu tương ứng của tầng là APS IB (APS –Information Base). Tầng nền tảng ứng dụng là môi trường trong đó các đối tượng ứng dụng (application object) được tổ chức để kiểm soát và quản lí các tầng giao thức trong thiết bị Zigbee. Các đối tượng ứng dụng này được phát triển bởi các nhà sản xuất và mạng Zigbee cũng hỗ trợ việc tùy biến cho nhiều loại ứng dụng, tối đa là 240 đối tượng ứng dụng trên mỗi thiết bị.
Tầng ứng dụng dùng điểm truy cập APSDE-SAP để gửi nhận dữ liệu giữa các đối tượng ứng dụng này. Mỗi đối tượng ứng dụng có một địa chỉ riêng (được đánh từ 1 đến 240). Địa chỉ 0 để dành cho lớp con đối tượng thiết bị Zigbee ZDO. Để quảng bá thông tin cho tất cả đối tượng ứng dụng, địa chỉ được thiết lập là 255. Địa chỉ của các đối tương này cũng cho phép nhiều thiết bị cùng chia sẻ tần số sóng.
Đối tượng Zigbee ZDO cung cấp giao diện giữa lớp con APS và lớp nền ứng dụng. ZDO chứa các chức năng phổ biến giúp cho việc hoạt động của ứng dụng trong các tầng giao thức của Zigbee, ví dụ như việc cấu hình thiết bị có thể trở thành ZC, ZR hay ZED. ZDO sử dụng các nguyên hàm để thực hiện nhiệm vụ của mình và truy nhập vào APS thông qua điêm truy nhập APSME-SAP còn lớp con nền ứng dụng tương tác với ZDO thông qua các giao diện mở (ZDO Public Interface).