Khi phát triển IMS, 3GPP thực hiện phân tích các nội dung ETSI đã thực hiện khi chuẩn hóa các giao thức cho GSM để thiết kế bổ sung các giao thức cho IMS. Phần lớn các giao thức báo hiệu và điều khiển trong IMS đều mang tính kế thừa và đơn giản trong tích hợp hệ thống.
Giao thức điều khiển phiên: Các giao thức điều khiển phiên đóng một vai trò then chốt với bất kỳ một cấu trúc mạng truyền thông do liên quan trực tiếp tới hiệu năng hệ thống mạng. 3GPP lựa chọn giao thức SIP để thiết lập và quản lý các phiên đa phƣơng tiện truyền trên mạng IP và trong IMS.
Giao thức nhận thực, cấp quyền và tính cƣớc AAA: Ngoài các giao thức điều khiển phiên kể trên thì giao thức AAA cũng có vai trò quan trọng không kém. Trong IMS, giao thức AAA đƣợc sử dụng là Diameter. Diameter (RFC 3588) là giao thức phát triển từ RADIUS (RFC 2865) (là một giao thức đƣợc sử dụng rộng rãi trên Internet để thực hiện AAA. Ví dụ, khi một khách hàng quay số đến một nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) thì Server của mạng truy nhập sẽ sử dụng giao thức RADIUS để nhận thực và trao quyền cho khách hàng truy nhập vào mạng). Giao thức Diameter đƣợc chia thành các ứng dụng Diameter. Diameter đƣợc IMS sử dụng ở một số giao diện, nhƣng không phải tất cả giao diện đều sử dụng chung một
ứng dụng Diameter. Ví dụ hai ứng dụng Diameter dùng để tƣơng tác với SIP trong quá trình khởi tạo phiên và tính cƣớc sẽ phải khác nhau.
Các giao thức hỗ trợ khác: Ngoài SIP và Diameter thì IMS vẫn còn sử dụng nhiều giao thức khác, ví dụ nhƣ: COPS (Common Open Policy Service, RFC 2748) là giao thức có chức năng truyền các chính sách giữa các điểm quyết định chính sách PDP và các thực hiện chính sách PEP; MEGACO/H.248 đƣợc sử dụng để điều khiển các node trong mặt bằng phƣơng tiện; RTP (Real-Time Transport Protocol, RFC 3550) và RTCP (RTP Control Protocol, RFC 3550) đƣợc dùng để truyền các phƣơng tiện thời gian thực nhƣ hình ảnh và âm thanh.