アプリケーション層（Application layer）とは、通信ネットワークにおいてホストが用いる共用のプロトコルとインターフェースメソッドを示す抽象化レイヤーである。「アプリケーション層」という抽象概念はコンピュータネットワークの標準的なモデルであるインターネット・プロトコル・スイート(TCP/IPモデル)および開放型システム間相互接続モデル（OSI参照モデル）の両方で使われている。

いずれのモデルでも「アプリケーション層」という用語を、それぞれにおける最高レベルのレイヤの名前として用いているが、詳細な定義やレイヤの役割は異なっている。

TCP/IPモデルにおいては、アプリケーション層は4階層ある内の第4層にあたり、IPのコンピュータネットワークを介したプロセス間通信に使われる通信プロトコルとインターフェースメソッドを含んでいる。アプリケーション層は通信だけを標準化しており、ホスト間のデータ通信チャネルの確立と、クライアントーサーバ間またはピアツーピアのネットワーキング・モデルにおけるデータ交換の管理は、下位のトランスポート層のプロトコルに依存している。TCP/IPのアプリケーション層は、通信の際にアプリケーションが考慮せねばならない特定のルールあるいはデータ形式を定めていないが、元々の仕様(RFC 1123)はソフトウェア設計における堅牢性原則(robustness principle) に依拠し、またそれを勧告している

TCP/IPモデルでのアプリケーション層は、OSI参照モデルのアプリケーション層、プレゼンテーション層、およびセッション層の三階層に対応する。従ってOSI参照モデルの「アプリケーション層」の定義が意味する範囲はTCP/IPの「アプリケーション層」よりも狭い。

OSIモデルにおけるアプリケーション層は、7階層ある内の第7層にあたり、受信した情報をユーザーに表示するユーザー・インターフェイスと定義している。一方、IPモデルでは、その部分にOSIモデルほどの詳細さで関心を寄せてはいない。OSIモデルでは、トランスポート層の上にも二つの追加的なレベルがある：すなわちセッション層とプレゼンテーション層である。OSIはこれらのレベルの機能を厳格にモジュール分離し、各層にOSIプロトコルの実装を提供すべきことを規定している。

OSIモデルのアプリケーション層は、アプリケーションプロセスのための共通アプリケーションサービスへ直接接続して実行する。またプレゼンテーション層に対して要求も行う。共通アプリケーション層サービスは、関連するアプリケーションプロセス間の意味的な変換を提供する。注意:  一般的に興味が有る共通アプリケーションサービスの一例としては、仮想ファイル、仮想端末、ジョブの転送及び操作プロトコルを含む。

例
9P, Plan 9 from Bell Labs distributed file system protocol
AFP, Apple Filing Protocol 
APPC, Advanced Program-to-Program Communication
AMQP, Advanced Message Queuing Protocol
Basenet
Bitcoin
BitTorrent
Atom Publishing Protocol
BOOTP, Bootstrap Protocol
CFDP, Coherent File Distribution Protocol
DDS, Data Distribution Service
DHCP, Dynamic Host Configuration Protocol
DeviceNet
DNS, Domain Name System (Service) Protocol
eDonkey
ENRP, Endpoint Handlespace Redundancy Protocol
FastTrack (KaZaa, Grokster, iMesh)
Finger, User Information Protocol
Freenet
FTAM, File Transfer Access and Management
FTP, File Transfer Protocol
Gopher, Gopher protocol
HL7, Health Level Seven
HTTP, HyperText Transfer Protocol
H.323, Packet-Based Multimedia Communications System
IMAP, IMAP4, Internet Message Access Protocol (version 4)
IRCP, Internet Relay Chat Protocol
LDAP, Lightweight Directory Access Protocol
LPD, Line Printer Daemon Protocol
MIME (S/MIME), Multipurpose Internet Mail ExtensionsとSecure MIME
Modbus
NETCONF 
NFS, Network File System
NIS, Network Information Service
NNTP, Network News Transfer Protocol
NTCIP, National Transportation Communications for Intelligent Transportation System Protocol
NTP, Network Time Protocol
OSCAR, AOL Instant Messenger Protocol
PNRP, Peer Name Resolution Protocol
POP, POP3, Post Office Protocol (version 3)
Rlogin, Remote Login in UNIX Systems
RTPS, Real Time Publish Subscribe
RTSP, Real Time Streaming Protocol
SAP, Session Announcement Protocol
SDP, Session Description Protocol
SIP, Session Initiation Protocol
SLP, Service Location Protocol
SMB, Server Message Block
SMTP, Simple Mail Transfer Protocol
SNMP Simple Network Management Protocol
SNTP, Simple Network Time Protocol
SOAP
RDP,  Remote Desktop Protocol
SSH, Secure Shell
TCAP, Transaction Capabilities Application Part
 TDS, Tabular Data Stream
TELNET, Terminal Emulation Protocol of TCP/IP
TFTP, Trivial File Transfer Protocol
TSP, Time Stamp Protocol
VTP, Virtual Terminal Protocol
Waka (protocol), an HTTP replacement protocol
Whois (and RWhois), Remote Directory Access Protocol
WebDAV
X.400, Message Handling Service Protocol
X.500, Directory Access Protocol (DAP)
XMPP, Extensible Messaging and Presence Protocol