ATMは回線交換方式とパケット方式両方の長所を取り入れている。データをセルに組み立てる点ではパケット方式に似ているが、ATMセルはイーサネットパケットとは違い固定長であるためセルの先頭を識別することが容易であり、宛先をハードウェアで処理することで交換機内でのタイムロスを減らしている。なお、回線交換方式のように回線を占有することは無い。回線交換とパケット交換の方式間の特性差を解消するため、データは仮想回線識別子の付いた53オクテット固定長のセル（5オクテットはヘッダー、48オクテットはペイロード）に割り付けられて送出される。高ビットレートの情報はセルを多く送り、低ビットレートの情報はセルを少なくして送るので回線を有効に利用できる。ATMは上位層との整合のためにデータリンク層に副層が設けられており、ATM 適合層 (ATM Adaptation Layer : AAL) といわれる。上位層（主にTCP/IP）をペイロードに組み立てる方法に応じAAL1からAAL5までの4種類が存在するが（AAL3と4は統合された）、現在使われているのは主にAAL5である。AAL5はATMの長所を生かすために紛失セルの再送要求は行なわず、上位層が紛失セル（もしくはパケット）を処理する。AAL5は同期を必要としないが、実際の運用ではATM網全体で同期を取っている。つまりここでの非同期というのはセルの送出についてであって、キャリアとなっている低レベルのビットストリームのことではない。
ATMは、既存の一般電話網 (PSTN)・デジタルハイアラーキ（PDH・SONET/SDH）・パケット通信（データ長が可変のIP、フレームリレー）を統合する、複数レベルのQoSをサポートする高速サービス総合デジタル網 (B-ISDN) の実現を目的としていた。OSI参照モデルでいうところの物理層（第1層）から、データリンク層（第2層）、ネットワーク層（第3層）までの標準規格を提供している。当初155Mbps（実データ部135Mbps）として設計され、600Mbps近くまで提供されている。
小さなデータのセルを使うことの目的は、データストリームの多重化において発生するジッタ（遅延の揺らぎ）を軽減することにある。ATMはもともと音声信号のサポートに重点が置かれている。音声信号は遅延に敏感なため（人間の耳で許容できるのは20～30ms程度といわれる）、セルの組み立て（および復元）によるタイムロスを減らすにはペイロードが小さいほどよい。一方大容量データ（テレビ電話など）を扱うにはペイロードが大きいほどよい。この点でヨーロッパ案の32オクテットとアメリカ案の64オクテットの折衷でペイロードが48オクテットに決定された。ATMが設計された時点では、155Mbps SDH（実データ135Mbps）は高速な光ファイバー通信とみなされ、 数多くのPDH接続は米国では1.544Mbps から 45Mbps程度の非常に遅いネットワークであった（ヨーロッパでは2Mbpsから 34Mbps）。この速度では、最も長いパケットとなる1,500バイト（12,000ビット）のデータの送信には89マイクロ秒を要する。 1.544Mbpsの一次群速度回線などの遅い方の接続の場合は同じデータを送信するのに7.8ミリ秒を要する。
桂田富士郎は加賀国大聖寺藩（現：石川県加賀市）出身の病理学者で、岡山医学専門学校（現：岡山大学医学部）教授の当時35歳であった。また、桂田は当時岡山県南西部で流行していた、別の寄生虫病（肝臓ジストマ）の研究者でもあった。1904年（明治37年）春、前述した山梨での討論会で三神と意気投合した桂田は岡山から山梨の三神宅へ赴き、両名による甲府盆地各所の罹患者の診察および糞便検査が行われ、数名の便から三神が以前に発見した新種と思われる虫卵を再確認した。また、県病院より提供された杉山なか等3名の病理標本を顕微鏡の倍率を上げ改めて詳細に検証し、大きさや形状から判断して、これら3例の肝臓にある虫卵も糞便検査で見つかった卵と同一であると確信した。桂田は正体不明のこの虫卵に蓋（ふた、卵蓋）がないことに着目した。ドイツ留学で培った鑑識を得ていた桂田は、肝臓ジストマや肺ジストマなど多くの吸虫類の虫卵には蓋があるのに対して、蓋のない吸虫類はアフリカ、中近東に広く分布するビルハルツ住血吸虫ぐらいしか知られておらず、蓋のないこの虫卵はビルハルツ住血吸虫卵と形態的に似ていると気付く。ただしこの当時、ビルハルツ住血吸虫は、患者の血尿中から虫卵が見つかったことから成虫が膀胱周囲の静脈に寄生することは確認されていたものの、原因となる感染経路や生活環などは全く解明されておらず、ヨーロッパの寄生虫学者らにより病因研究が進められていた解明の過渡期であった。桂田はまた、虫卵に蓋のある肝臓ジストマ等の吸虫類はオスメスの区分がなく自己生殖する雌雄同体であるのに対し、蓋のないビルハルツ住血吸虫にはオスメスの区分があることから、甲府で確認されたこの正体不明の寄生虫卵を産む親虫は、オスメスの区分がある雌雄異体であると予想した。これらのことに加え、桂田と三神は、この疾患の患者に下剤を使用すると虫卵が多く見つかること、また下剤を使っても卵のみで寄生虫本体が排出されないことから、この寄生虫が胆管や腸などの消化器官に寄生する従来のタイプではなく、消化器官に関係する他の臓器や器官、たとえば血管内部に寄生するタイプではないかと考え、腸管と肝臓を結ぶ血管である肝門脈を疑った。もし罹患者の肝門脈の中からこの卵を産む新種の寄生虫本体を見つけることができれば、解決への大きな前進になると考えた。