O IPSec opera em dois modos diferentes com variados graus de proteção.
Túnel
O modo de túnel IPSec é adequado para a transferência de dados em redes públicas, pois aumenta a proteção dos dados contra partes não autorizadas. O computador criptografa todos os dados, incluindo os dados e o cabeçalho, e anexa um novo cabeçalho a eles.
Transporte
O modo de transporte IPSec criptografa apenas os dados do pacote de dados, portanto, o cabeçalho IP é mantido em seu formato original. O cabeçalho do pacote que não foi criptografado permite que os roteadores identifiquem o endereço de destino de cada pacote de dados. Dessa forma, o transporte IPSec é usado em uma rede próxima e confiável, como a proteção de uma conexão direta entre dois computadores.