IPv6的地址空间为128比特，这是一个非常大的地址空间。如果在整个地球表面覆盖IP地址，那么IPv6允许每平方米拥有7×1023个IP地址。
一般来讲，IPv6的IP地址根据目的地址可以分为三种类型：
■ 单播（unicast） 单播就是传统的点对点通信。
■ 组播（multicast） 组播是一点对多点的通信，数据报交付到一组计算机中的每一个。Ipv6 中没有采用广播的术语，而是将广播作为组播的一个特例。
■ 任播（anycast） 任播的目的站是一组计算机，但是数据报在交付时只交付给其中的一个，通常是距离最近的一个。
由于IPv6地址空间巨大，因此采用IPv4的点分十进制记法已经不够方便。为了表示的简洁，IPv6使用冒号十六进制记法，它把每16比特的数值用十六进制表示，每个数值之间用冒号隔开。例如：
686E:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:96A:FFFF
为了进一步简化表示，还可以采用零压缩方式，即一连串的零可以用一对冒号替代，例如：
FF05:0:0:0:0:0:0: B3 可以表示为：FF05::B3
另外，为了IPv4与IPv6的转换方便，IPv6在分配地址空间的时候考虑了与IPv4地址映射的关系，并允许采用简化的方式来描述。例如：
IPv4地址128.10.2.1转换为IPv6地址后表示为：0:0:0:0:0:0:128.10.2.1
再使用零压缩方式，可以简化表示为：::128.10.2.1
IPv6的地址体系采用多级体系，这样便于路由器快速的查找路由。IPv6的地址空间可以划分为若干大小不等的地址块，其分配方案如下图所示。
根据上图的分配方案，我们可以得到IPv6 的几种典型的地址格式。
其中基于提供者的全局单播地址结构用于在全球范围内分配单播地址。该地址结构包含5个字段，分别是注册机构标识符（registry ID）、服务提供者标识符（provider ID）、用户标识符（subscriber ID）、子网标识符（subnet ID）和接口标识符（interface ID）。
本地链路和本地网点地址只有本地的意义，该地址只能用于机构内部，不能用于机构外部。
嵌入IPv4地址是为了保持IPv6和IPv4共存。其中前96比特为0称为IPv4兼容的IPv6地址，前80比特为0，加16比特1的表示形式称为IPv4映射的IPv6地址。