128位地址空间包含的准确地址数是340，282，366，920，938，463，463，374，607，431，768，211，456。这些空间足够为地球上每一粒沙子提供一个独立的IP地址。
同时，IPv6能为主机接口提供不同类型地址的自动配置：
全球地址(Globally)
全球单播地址(unicast)
区域地址(on-site)
链路本地地址(link local address)
地区本地地址(site local address)
广播地址(Broadcast)
组播群地址(multicast group address)
任播地址(anycast address)
移动地址(Mobility)
家乡地址(home address)
转交地址(care-of address )
聚类全球单播地址(aggregatableglobal unicast)是默认的IPv6地址。这种地址类型是基于分层的网络拓扑结构。分层网络拓扑结构的底层是互联网服务提供商(ISP)，之上是客户网络和它的子网。 128位地址分成前缀和后缀两部分，各64位。其中64位后缀地址由设备接口来定。
IPv6主机并不需要了解这种地址的层次结构，因此它对网络安全有很大的好处。为了保证同外部因特网通信时的安全，公司的工作站可以使用定点地址。当需要在相邻的路由器之间安全地传送路由拓扑信息时，还可以使用局部连接地址。组播地址也属于这种分层地址结构，而且被用于地址的自动配置。
另外，这种地址结构还支持一些新服务，如：优化的IP层移动或广播服务。在IPv6互联网网络上，这些服务一开始就可以在全球范围内实现。而IPv4就几乎没有这种灵活性。 IPv6的这种分层地址结构也使得路由器可以使用多个可聚类的短路由表，每个路由表中存放适量数目的记录。IPv4的一个特点就是，路由表内容呈指数级增长，从而增加了每个数据包的处理延迟。而在IPv6中，这种处理延迟已不再是一个限制因素。
IPv6同时改进提高了IP包的基本报头格式。这种简化的包结构是对IPv4的一个主要改进之处，它有助于弥补IPv6长地址占用的带宽。IPv6的16字节地址长度是IPv4的4字节地址长度的4倍，但IPv6报头的总长度只有IPv4报头总长度的2倍。 IPv6报头所含字段少，而且报头长度固定。这些特点使路由器的硬件实现更加简单。与IPv4不同，IPv6网络中，在路由过程中不对数据包进行分割，从而进一步减少了路由负载。这些改进使IPv6能够在一个合理的开销范围内，适应互联网流量的指数级增长速度。
IPv6的另一个优点就是，在需要的时候能够在基本报头的后面放置扩展报头。这也同时提高了路由能力。与跳跃式报头不同的是，这种连续报头在终端节点进行分析。一个实例就是IP安全报头(IPSec)，它能够提高端到端的安全性。其它扩展报头包括路由报头，分断报头，认证报头和信宿报头。
