Οι γραμμές δεδομένων οπτικών ινών χρησιμοποιούν ένα οπτικό σήμα για τη μετάδοση πληροφοριών. Μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως ολικής εσωτερικής ανάκλασης, ένας παλμός φωτός συγκρατείται μέσα στην οπτική ίνα. Καθώς το φως ταξιδεύει σε ζιγκ-ζαγκ μοτίβο κατά μήκος της γραμμής των ινών, εξασθενεί. Η εξασθένηση είναι η μείωση της ισχύος του παλμού του φωτός που φτάνει στο μακρινό άκρο της ίνας. Ένας αναμεταδότης οπτικών ινών ξεπερνά την εξασθένηση επαναφέροντας τον παλμό του φωτός στην αρχική του ισχύ πριν τον στείλει στο επόμενο σκέλος της γραμμής δικτύου.
Στα δίκτυα οπτικών ινών, πολύ λεπτά νήματα από γυάλινο σύρμα μεταδίδουν παλμούς φωτός. Αυτοί οι παλμοί φωτός βρίσκονται στα μήκη κύματος κοντά στο υπέρυθρο, επειδή αυτό το μήκος κύματος έχει τον χαμηλότερο ρυθμό εξασθένησης. Στους διακόπτες δικτύου, αυτοί οι εισερχόμενοι παλμοί φωτός μεταφράζονται σε ένα ηλεκτρονικό δυαδικό σήμα. Αυτό το σήμα δεδομένων μπορεί στη συνέχεια να μεταδοθεί σε μεμονωμένους υπολογιστές.
Χρησιμοποιώντας έναν επαναλήπτη οπτικών ινών κάθε 28-43 μίλια (45-70 km), το σήμα δεδομένων μπορεί να μεταδοθεί για μεγάλες αποστάσεις. Μερικές από τις μεγαλύτερες γραμμές οπτικών ινών διασχίζουν τον Ατλαντικό Ωκεανό. Οι επαναλήπτες απαιτούν ηλεκτρισμό, επομένως τα συμβατικά ηλεκτρικά καλώδια πρέπει να είναι διαθέσιμα σε κάθε επαναλήπτη.
Τα παλιά αναλογικά σήματα χρησιμοποιούσαν ενισχυτές για να επεκτείνουν την απόσταση ενός σήματος. Οι ενισχυτές, ωστόσο, είχαν το ανεπιθύμητο αποτέλεσμα της ενίσχυσης του ηλεκτρικού θορύβου καθώς και του αρχικού σήματος. Οι επαναλήπτες οπτικών ινών, από την άλλη πλευρά, αφαιρούν τον θόρυβο που έχει εισέλθει σε ένα σήμα. Αυτό συμβαίνει επειδή τα ψηφιακά σήματα μπορούν να διαχωριστούν ηλεκτρονικά από τον ανεπιθύμητο θόρυβο. Σε αντίθεση με τα αναλογικά σήματα, ακόμη και ένα αδύναμο και παραμορφωμένο σήμα οπτικών ινών μπορεί να καθαριστεί και να σταλεί πιο κάτω στη γραμμή δικτύου.
Καθώς ένα οπτικό σήμα ταξιδεύει, έχει μια φυσική τάση να αλλάζει το σχήμα του. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται διασπορά, μια αλλαγή στην ταχύτητα του φωτός με το μήκος κύματος του φωτός. Με πιο απλά λόγια, ένας στενός παλμός φωτός γίνεται ευρύτερος όσο πιο μακριά ταξιδεύει. Ένας αναμεταδότης οπτικών ινών έχει την ικανότητα να επαναφέρει το φυσικό σχήμα του παλμού φωτός. Αφού αποκατασταθεί από τον επαναλήπτη, το σήμα μεταδίδεται εκ νέου στο επόμενο τμήμα οπτικών ινών.
Οι οπτικές ίνες έχουν πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλες μεθόδους μετάδοσης δεδομένων. Οι ίνες γυαλιού δεν μεταφέρουν ηλεκτρισμό, επομένως δεν επηρεάζονται από ηλεκτρομαγνητικές διαταραχές ή καταιγίδες φωτισμού. Επιπλέον, ο όγκος των πληροφοριών που μπορεί να μεταφέρει ένα μόνο καλώδιο οπτικών ινών είναι μεγαλύτερος από το χάλκινο καλώδιο ή τις ασύρματες ζεύξεις. Θεωρητικά, μια γραμμή οπτικών ινών μπορεί να μεταφέρει 50 δισεκατομμύρια φωνητικές συνομιλίες σε μία μόνο δέσμη φωτός, αν και αυτό το όριο δεν έχει επιτευχθεί στην πράξη.
Ένας αναμεταδότης οπτικών ινών δεν έχει την ικανότητα να διακρίνει παλμούς φωτός διαφορετικού μήκους κύματος. Αυτό περιορίζει την ικανότητα ενός επαναλήπτη να επαναμεταδίδει πυκνές οπτικές πληροφορίες. Οι πληροφορίες φωτός πολλαπλών μηκών κύματος μπορούν να μεταδοθούν σε μεγαλύτερες αποστάσεις μέσω της χρήσης ενισχυτών ινών με πρόσμειξη ερβίου αντί για επαναλήπτες. Αυτοί οι ενισχυτές έχουν την ικανότητα να ενισχύουν την ισχύ των μεμονωμένων μηκών κύματος φωτός.