Một gói IPv6 gồm một tiêu đề IPv6 (header), các tiểu đề mở rộng, và một khối dữ liệu giao thức lớp cao.
Hình 2.10 Cấu trúc gói IPv6
IPv6 header có kích thước cố định là 40 byte. Với kích thước cố định thì một router có thể xử lý gói tin một cách hiệu quả. IPv6 header lưu các thông tin cần thiết để định tuyến và phân phát gói tin đến đích. Các header sẽ được xử lý bởi mỗi node trên đường đến đích.
Các header mở rộng có kích thước thay đổi. Một trường Next Header trong IPv6 header biểu thị header mở rộng đầu tiên. Trong mỗi header mở rộng là một trường Next Header kế tiếp khác, biểu thị header mở rộng tiếp theo. Header mở rộng cuối cùng cho biết header của giao thức lớp trên như TCP, UDP, hay ICMPv6 – đã bao gồm trong đơn vị dữ liệu giao thức lớp trên.
IPv6 header và các header mở rộng thay thế IPv4 header và các tùy chọn của nó. Khuôn dạng header mở rộng mới cho phép IPv6 tăng cường khả năng hỗ trợ những nhu cầu cho tương lai. Không giống như các tùy chọn (option) trong IPv4 header, các header mở rộng trong IPv6 không có kích thước giới hạn và có thể mở rộng để cung cấp tất cả dữ liệu mở rộng cần thiết cho truyền thông IPv6
Khối dữ liệu lớp trên (PDU) bao gồm một header giao thức lớp trên và tải tin của nó (ví dụ như một meassage ICMPv6, một segment TCP, hay một message UDP).
Những gói tải tin IPv6 là sự kết hợp của các header mở rộng IPv6 và khối dữ liệu lớp trên. Thông thường nó có chiều dài 65.535 byte. Những gói IPv6 có tải tin lớn hơn 65.535 byte được gọi là jumbograms cũng có thể được gửi đi.