Chuyển mạch kênh là một phương pháp thông tin sử dụng để thiết lập cho thông tin giữa 2 điểm. Số liệu được truyền trên cùng một tuyến và thông tin truyền đi trong thời gian thực. Khác với chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói thực hiện truyền các gói số liệu độc lập. Mỗi gói đi từ một cổng tới một cổng khác theo một đường nào đó. Các gói không thể gửi tới nút kế tiếp khi chưa thực hiện thành công tại nút trước đó. Mỗi nút cần có các bộ đệm để tạm thời lưu các gói. Mỗi nút trong chuyển mạch gói yêu cầu một hệ thống quản lý để thông báo điều kiện truyền thông tin tới nút lân cận trong trường hợp số liệu truyền bị lỗi.
Trong chuyển mạch gói quang, phần header điều khiển gói tin có thể được đối xử như một nhãn, thông thường nó được gửi cùng với dữ liệu trên đường truyền. Để có thời gian để xử lý đưa ra các quyết định chuyển mạch và thiết lập các kết nối chéo, thì gói dữ liệu phải được định tuyến qua một đường truyền tạo trễ quang cục bộ khi tới một switch trung gian. Giá trị trễ được chọn để khi gói dữ liệu ra khỏi đường trễ thì các thiết lập kết nối chéo quang đã được thực hiện xong. Giá trị trễ này thường là hằng số cục bộ tại một nút chuyển mạch trung gian khác nhau, phụ thuộc vào đường đi cụ thể đã được định
tuyến của gói tin. Hình dưới mô tả hoạt động của một hệ thống WDM chuyển mạch gói tin:
Các gói tin trong mạng quang có thể có chiều dài cố định hoặc thay đổi. Ví dụ một gói tin chiều dài cố định như tế bào cell của mạng ATM, và một ví dụ gói tin có chiều dài thay đổi chính là gói tin IP. Các gói tin có chiều dài thay đổi có thể chèn thêm thông tin điều khiển trong mạng vì thế nó hiệu quả hơn. Tuy nhiên, kích thước của gói tin có chiều dài thay đổi không thể quá lơn hoặc ít nhất phải nhỏ hơn khả năng của đường trễ quang. Do đó, một gói tin kích thước lớn có thể cần phải phân mảnh để truyền đi. Việc lựa chọn chiều dài gói tin dựa trên các đặc trưng của ứng dụng và đường truyền.
Có 2 mô hình chuyển hướng gói tin trong chuyển mạch gói quang: mô hình datagram và mô hình mạch ảo (virtual circuit). Trong mô hình datagram, phần header gói tin được truyền qua mỗi nút trung gian, và không có khoảng chênh lệch thời gian giữa phần dữ liệu và phần tiêu đề gói tin, chúng được truyền cùng nhau. Đây cũng là mô hình được sử dụng trong mạng IP. Trong mô hình mạch ảo (virtual circuit), các mạch ảo được thiết lập trước khi các gói tin được gửi qua các mạch ảo đó. Khái niệm “ảo” ở đây ý rằng
không có sự dành riêng bất kỳ băng thông nào. Mạch ảo chứa một mục trong bảng chuyển mạch. Mục đó có thông tin kết hợp giữa số hiệu định danh của một mạch ảo đến với một cổng ra. Bằng cách như vậy, nó phân tách riêng định tuyến và chuyển hướng gói tin. Các mạch ảo được sử dụng trong suốt quá trình chuyển hướng gói tin.