При установке связи между двумя компьютерами модемы должны предоставить друг другу информацию о скорости связи, корректировке ошибок и сжатии данных. Для этого и существуют протоколы — стандартизированные алгоритмы работы модема.
 Стандартные протоколы утверждены Международным союзом электросвязи (ITU).
 Обеспечивает скорость передачи данных 300 бит/с в дуплексном режиме. Допускает также передачу факсимильных сообщений.
 Скорость составляет 1200 бит/с в дуплексном режиме.
 Вторая редакция протокола V.22, отличается увеличенной скоростью 2400 бит/с и допускает дуплексный режим.
 Асимметричный протокол 75 бит/с в восходящем (от пользователя) канале и 600 или 1200 бит/с — в нисходящем.
В конце 1980-х — начале 1990-х годов множество выпускавшихся тогда нестандартных модемов, использовавших нестандартную, как правило — реализуемую программно модуляцию маркировались как соответствующие стандарту «V.23 mode 2». На практике они не были совместимы между собой, а реальная скорость работы более быстрого канала могла колебаться от 300 до 5600 бит/с.
Наиболее известным представителем такого типа модемов являлись модемы Лександ.
Модификация протокола V.23, позволяющая менять восходящий и нисходящий канал местами в процессе работы, используется во французской компьютерной сети Минитель (фр. Minitel). Также существует версия протокола V.27, которая используется как четырехпроводная версия с фазовой модуляцией 1800 Гц.
 Асимметричный протокол 2400/2400-4800-7200-9600, позволяющий переключать направление, в котором работает более скоростной канал, в процессе работы. Является стандартным для факсов, но в модемах большого распространения не получил в связи с более низкой помехоустойчивостью, чем V.32, и рядом проблем с патентами.
 Дуплексный режим, скорость 4800 и 9600 бит/с, допускает автоматическую настройку скорости передачи.
 Расширение V.32 до скорости 14400 бит/с.
 Расширение V.32 до скорости 19200 бит/с, а у USR Courier - до 21600 бит/с.
 Дуплексный протокол, максимальная скорость 28800 бит/с. Может также поддерживать 24000 и 19200 бит/с.
 Другое название — V.34+.
Максимальная скорость 33600 бит/с. Пониженные скорости: 31200, 24000 и 19200 бит/с.
 Протокол обнаружения и коррекции ошибок для передачи данных с высокими скоростями.
 Протокол сжатия данных. Допускает переключение из режима сжатия в прозрачный режим и обратно, причем, независимо для каждого направления.
 Протокол сжатия данных.
 Обеспечивает одновременную передачу голоса и данных.
 Протокол видеосвязи. Обеспечивает скорость передачи видео до 10—15 кадров в секунду.
 Дуплексный асимметричный высокоскоростной протокол передачи. Скорость в прямом направлении достигает 56000 бит/с, а в обратном — 33600 бит/с.
 Самый современный протокол. Скорость в прямом направлении 56000 бит/с, а в обратном — 48600 бит/с.
 Протокол для сетей ISDN, позволяющий также устанавливать соединение с модемами на аналоговых линиях. Скорость в синхронном режиме может достигать 64000 бит/с.
 Альтернатива протоколу V.110 с использованием LAPD.
 Протокол модемной связи поверх IP-телефонии.
 Помимо протоколов, утверждённых ITU, существует множество других, которые были разработаны производителями оборудования или же приняты в какой-то стране.
 Скорость до 19200 бит/с, встречается не во всех модемах.
 Скорость до 14400 бит/с, используется в современных модемах, но, поскольку большинство факсимильных аппаратов рассчитано на 9600 бит/с, на практике преимуществ не даёт.
 Скорость 2400—4800 бит/с, встречается в старых модемах, но его поддерживают и многие современные модемы.
 Скорость 7200—9600 бит/с, поддерживают все современные модемы.