Hlavním důvodem vzniku protokolu IPv6 je jeho enormně velký adresní prostor. Tvůrci se při vývoji řídili heslem „aby nám už nikdy nedošly“ a proto zvolili délku adres 128 bitů. Základní formát adres IPv6 je definován v RFC 4291. Tento dokument definuje délku, tvar a jednotlivé typy adres. Podrobnější specifikace jednotlivých typů adres jsou definovány v samostatných RFC dokumentech. RFC 4291 zavádí následující druhy adres:
Oproti IPv4, se u IPv6 nevyskytují oznamovací (broadcast) adresy. Ty jsou nahrazeny skupinovou adresou pro všechny uzly na lince.
Adresa IPv6 je přidělována síťovému rozhraním, nikoli uzlu, a každé rozhraní může mít přiděleno více libovolných adres. IPv6 dokonce přikazuje několik povinných adres pro každý uzel.
Adresa IPv6 má délku 128 bitů a skládá se z osmi 16-ti bitových skupin. Každá skupina je vyjádřena čtyřmi číslicemi šestnáctkové soustavy a jednotlivé skupiny jsou vzájemně odděleny dvojtečkou. Příkladem IPv6 adresy je
2001:0718:0000:0000:28F6:19FF:FE00:1984
Důležitou vlastností adres IPv6 je možnost jejich zkrácení:
Aplikováním uvedených pravidel lze adresu uvedenou výše zapsat třeba jako
2001:718::28F6:19FF:FE00:1984
Prefixy vyjadřují příslušnost k určité síti nebo podsíti a využívají toho faktu, že všechna rozhraní v rámci jedné sítě mají stejný prefix (začátek adresy). Tento přístup se používá již u protokolu IPv4 a je znám pod názvem CIDR (Classless Inter-Domain Routing). Z něj je také převzat způsob zápisu prefixu:
IPv6_adresa/délka prefixu
Délka prefixu určuje, kolik bitů od začátku adresy je považováno za prefix. Příkladem 64 bitového prefixu je
2001:718::/64