Để tránh việc hai giao thức đường ngầm không tương thích cùng tồn tại gây khó khăn cho người sử dụng, IETF đã kết hợp và phát triển hai giao thức L2F và PPTP thành L2TP, trên cơ sở tận dụng các ưu điểm của cả hai giao thức này, đồng thời có thể sử dụng được trong tất cả các trường hợp ứng dụng của PPTP và L2F. L2TP được mô tả trong khuyến nghị RFC 2661.
L2TP đóng gói các khung PPP để truyền qua mạng IP, X.25, Frame Relay, hoặc ATM. Hiện nay mới chỉ có L2TP trên mạng IP được định nghĩa. Khi truyền qua mạng IP, các khung L2TP được đóng gói như các bản tin UDP, L2TP có thể được sử dụng như một giao thức đường ngầm thông qua Internet hoặc các mạng riêng Intranet. L2TP dùng các bản tin UDP qua mạng IP cho các dữ liệu đường ngầm cũng như các dữ liệu bảo dưỡng đường ngầm. Phần tải của khung PPP đã đóng gói có thể được mật mã, nén. Tuy nhiên mật mã trong các kết nối L2TP thường được thực hiện bởi IPSec ESP (chứ không phải MPPE như đối với PPTP). Cũng có thể tạo kết nối L2TP không mật mã IPSec. Tuy nhiên, đây không phải là kết nối IP-VPN vì dữ liệu riêng được đóng gói bởi L2TP không được mật mã. Các kết nối L2TP không mật mã có thể sử dụng tạm thời để sửa lỗi các kết nối L2TP dùng IPSec.
L2TP giả định tồn tại mạng IP giữa L2TP client (VPN client dùng giao thức đường ngầm L2TP và IPSec). L2TP client có thể được nối trực tiếp tới mạng IP để truy nhập tới L2TP server hoặc gián tiếp thông qua việc quay số tới máy chủ truy nhập mạng (Network Access Server - NAS) để thiết lập kết nối IP. Việc xác thực trong quá trình hình thành đường ngầm L2TP phải sử dụng các cơ chế xác thực như trong các kết nối PPP như EAP, MS-CHAP, CHAP, PAP. Máy chủ L2TP là máy chủ IP-VPN sử dụng giao thức L2TP với một giao diện nối với Internet và một giao diện khác nối với mạng Intranet. Các dữ liệu đường ngầm và dữ liệu duy trì đường ngầm có cùng cấu trúc gói.