Klíčovou komponentou pro přenos dat je řadič. Řadič je součástí jak vysílacího tak přijímacího zařízení. Řadič je navržen pro komunikaci s velmi malým zpožděním a s podporou kritérií QoS (Quality of Service).
Jednou z řady vlastností QoS je schopnost sítě předem poskytnout informace o šířce pásma/zpoždění a podle priority rezervovat a řídit datový tok. Každý paket má určenou svou prioritu v rámci záhlaví paketu TLP Header.
Hodinová synchronizace s připojeným zařízením prostřednictvím rozhraní TB proběhne do 8 ns.
Řadič TB umístěný na základní desce PC je vždy v režimu Host (viz následující obrázek). Řadič obsahuje nezávislý vstup pro data z rozhraní PCI-E a z portu DP. Uvnitř řadiče je PCI-E přepínač (PCI-E Switch), který řídí připojené koncového zařízení a člen NHI (Native Host Interface), který je použit pro detekci připojeného zařízení (podpora funkce Plug&Play). Posledním členem je přepínač Thunderbolt (Thunderbolt Switch), který oba typy dat sdružuje do jednoho datového toku.
Jeden port TB vyžaduje dva kanály. Každý se skládá ze dvou drah kvůli obousměrnému přenosu a má propustnost 10 Gbit/s. Jeden kanál je použit pro obrazová data a druhý pro ostatní data. Protože se výkon kanálů nesčítá, oficiální uváděná propustnost je 10 Gbit/s na jeden port. Dle uvedeného konstrukčního řešení tedy řadič obsahuje čtyři výstupy.
Pro koncová zařízení připojovaná k PC se nachází řadič TB v koncovém režimu (Endpoint). K dispozici jsou čtyři vstupy resp. výstupy dle typu operace. Přijatá data vstupují do přepínače Thunderbolt, který je velmi výkonným protokolovým přepínačem. Data se v něm rozdělí dle jejich protokolu. Data portu DP vystupují z řadiče (DP out) a data sběrnice PCI-E vstupují do přepínače PCI-E. Ten následně data rozdělí dle specifikace 4 dráhového standardu PCI-E 2.0. K němu lze připojit jedno (4dráhy), dvě (2 dráhy) či čtyři (1 dráha) zařízení. Při sériovém zapojení více zařízení řídí směrování dat přepínač PCI-E, který je před daným zařízením. Každý člen zapojený do sériového spojení musí obsahovat dva porty. Pokud obsahuje pouze jeden, není schopen přenést data na další zařízení a je proto připojeno na konec řetězce. Takovým zařízením je typicky monitor. Nejmenší zpoždění má pak zařízení, které je v topologii zapojení na prvním místě. Po rozdělení dat dojde k jejich vstupu do mikročipu PCH (Platform Controller Hub), který určuje datové cesty, a řídí pomocné funkce ve spolupráci s CPU (Central Processing Unit) (např. systémové hodiny) a pamětí. Spojení mezi řadičem a PCH zahrnuje rozhraní FDI (Flexible Display Interface), tedy pásmo pro samostatný přenos obrazových dat.
Při aplikaci technologie optických vláken nebude nutné hardwarově měnit současné zařízení s rozhraním TB. To je již dnes schopné přenášet data jak přes měděné tak i prostřednictvím optických kabelů. V případě optiky mohou mít kabely dosah až několik desítek metrů při současném napájení pomocí metalického vodiče. Při absenci napájení se počítá s přenosem optického signálu až do stovek metrů vzdáleného zařízení.