Die Bitübertragungsschicht (engl. Physical Layer) ist die unterste Schicht. Diese Schicht stellt mechanische, elektrische und weitere funktionale Hilfsmittel zur Verfügung, um physische Verbindungen zu aktivieren bzw. zu deaktivieren, sie aufrechtzuerhalten und Bits darüber zu übertragen. Diese Schicht korrespondiert somit mit der zugrunde liegenden Hardware. Protokolle dieser Schicht legen die Eigenschaften der Schnittstellen fest wie Anschlusseigenschaften, zulässige Übertragungsraten, Signalpegel und elektrische Kodierung der einzelnen Bits (z.B. Modulationsverfahren bei Modems). Darüber hinaus muss auf dieser Ebene gelöst werden, auf welche Art und Weise ein einzelnes Bit übertragen werden soll.
Damit ist folgendes gemeint: In Rechnernetzen werden heute Informationen zumeist in Form von Bit- oder Symbolfolgen übertragen. Im Kupferkabel und bei Funkübertragung dagegen sind modulierte hochfrequente elektromagnetische Wellen die Informationsträger, im Lichtwellenleiter Lichtwellen von bestimmter oder unterschiedlicher Wellenlänge. Die Informationsträger kennen keine Bitfolgen, sondern können weitaus mehr unterschiedliche Zustände annehmen als nur 0 oder 1. Für jede Übertragungsart muss daher eine Codierung festgelegt werden. Das geschieht mit Hilfe der Spezifikation der Bitübertragungsschicht eines Netzes.
Hardware auf dieser Schicht: Repeater, Hubs, Leitungen, Stecker, u. a.
Verbreitete Vertreter dieser Protokolle sind RS-232 (serielle Schnittstelle) und X.21.
Das Ethernet-Protokoll beschreibt sowohl Schicht 1 als auch Schicht 2, wobei auf dieser als Zugriffskontrolle CSMA/CD zum Einsatz kommt.
Protokolle und Normen, die auf anderen Schicht-2-Protokollen und -Normen aufsetzen: HDLC, SDLC, DDCMP, IEEE 802.2 (LLC), ARP, RARP, STP
Protokolle und Normen, die direkt auf Schicht 1 aufsetzen: IEEE 802.11 (WLAN), IEEE 802.4 (Token Bus), IEEE 802.5 (Token Ring), FDDI