Jeder Computer, der mit einem IP-Netzwerk (z.B. dem Internet) verbunden ist, besitzt mindestens eine eindeutige (innerhalb eines bestimmten Bereichs) IP-Adresse. Die momentan überwiegend verwendeten IPv4-Adressen bestehen aus 4 Bytes. Sie werden, für den Menschen leicht lesbar, als 4 durch Punkte voneinander getrennte Dezimalzahlen geschrieben, die dotted decimal notation.
Beispiel: 130.94.122.195
Die IP-Adresse 127.0.0.1 (loopback address) bezeichnet immer den lokalen Computer. Sie dient dazu den eigenen Rechner ansprechen zu können (zum Beispiel für Testzwecke).
IP-Adressen sind in Subnetze unterteilt. Ursprünglich wurden diese in Klassen von A bis E eingeteilt (bei IPv4). Für ein Klasse-A-Netz hätte dies bedeutet, dass über 16 Millionen Rechner in einer einzigen Broadcast Domain liegen würden (Beispiel: 10.*.*.*). Das hat sich als unflexibel herausgestellt, daher wurde 1996 CIDR (Classless Interdomain Routing) eingeführt. Trotzdem hält sich der Begriff der Klassen bis heute hartnäckig.
Die Vergabe von IP-Adressen bzw. der Subnetze wird zentral geregelt. Die Subnetze selber sind untereinander mit Routern verbunden. Diese weltweite Vernetzung ist eine der Aufgaben der wirklich großen Internet-Provider.
Die IP-Adresse wird oft automatisch vom angewählten Server per DHCP zugewiesen (dynamische Adressierung). Insbesondere Dienstleister, die Privathaushalten und kleinen Firmen Internet-Zugänge über Wählleitungen anbieten (Access Provider), nutzen die dynamische Adressierung via PPP oder PPPoE, da sie so mit weniger kostenpflichtigen IP-Adressen auskommen. Es werden so viele Adressen bereitgestellt, wie Einwahlleitungen verfügbar sind. Erwischt ein Kunde keine freie Leitung, benötigt er auch keine IP-Adresse (AOL verwendet beispielsweise zur Berechnung der Anschlusskapazität einen Schlüssel von einer Leitung je 15 Kunden). Durch zeitlich versetzte Nutzung der Kapazitäten können sich mehrere Kunden eine IP-Adresse teilen. Somit bekommt das Endgerät (Arbeitsplatz-Rechner) bei jeder Einwahl ins Internet eine andere, momentan freie Adresse. Als Nebeneffekt ist der Rechner weniger anfällig gegen gezielte Angriffe aus dem Netzwerk. Nicht geschützt ist der Rechner jedoch gegen Vandalismus, der nur kurzfristig zum Zeitpunkt der Attacke eine eindeutige IP-Adresse des Zielrechners benötigt.
Größere Firmen haben meist eine eigene Standleitung zum Internet und verwenden entweder einen fest zugewiesenen Adressbereich (statische Adressierung) oder verwenden für spezielle Netzübergänge (so genannte Gateways) zwischen internem Netzwerk und dem weltweiten Internet einzelne IP-Adressen. Bei der Nutzung von Gateways wird der Datenaustausch zwischen den Netzen entweder von dedizierten Rechnern (Proxies) stellvertretend für den anfragenden Arbeitsplatz übernommen oder durch eine spezielle Technik (Masquerading) eine Adressumsetzung (NAT) zwischen interner IP-Adresse und Gateway-IP-Adresse vorgenommen. Dadurch ist es möglich, dass mehrere Endgeräte gleichzeitig die selbe (Gateway-)IP-Adresse verwenden.
Mit der IP-Adresse ist jeder Rechner im Internet identifzierbar; durch die Log-Dateien des Providers auch nachträglich. Es gibt verschiedene Dienste, die eine anonymere Nutzung des Internets erlauben.
Die aktuelle IP Version stellt über 4 Milliarden eindeutige Adressen bereit. Da einige Bereiche des gesamten IP Adressraums für besondere Anwendungen reserviert sind (z.B. private Netze), stehen weniger Adressen zur Verfügung, als theoretisch möglich sind. Weiterhin ist ein großer Bereich aller IP-Adressen für Nordamerika reserviert.
In Zukunft werden immer mehr Geräte (z.B. Telefone, Organizer, Haushaltsgeräte) vernetzt, so dass der Bedarf an eindeutigen IP-Adressen ständig zunimmt. Für eine Erweiterung des möglichen Adressraumes wird aktuell an der Entwicklung der nächsten Version von TCP/IP mit IPv6 gearbeitet.