第三層交換機的應用其實很簡單，主要用途是代替傳統路由器作為網路的核心。因此，凡是沒有廣域網連線需求，同時又需要路由器的地方，都可以用第三層交換機來代替。
在企業網和校園網中，一般會將第三層交換機用在網路的核心層，用第三層交換機上的千兆埠或百兆埠連線不同的子網或VLAN。這樣網路結構相對簡單，節點數相對較少; 另外，其不需要較多的控制功能，並且成本較低。
在目前火爆的寬頻網路建設中，第三層交換機一般被放置在小區的中心和多個小區的匯聚層，第三層交換機的出現動搖了企業路由器的地位。正如路由器統治廣域網一樣，第三層交換機將在今後主宰區域網已成為不爭的事實。
從當前國內的情況來看，第三層交換機發展勢頭良好。可喜的是，許多國內廠商紛紛推出第三層乙太網交換機，而且效能良好。第三層交換機在應用方面具有以下特點。
1.擔當骨幹交換機
第三層交換機一般用於網路的骨幹交換機和服務器群交換機，也可作為網路節點交換機。在網路中，同其他乙太網交換機配合使用，網路管理員能構造無縫的10/100/1000Mbps乙太網交換系統，為整個資訊系統提供統一的網路服務。這樣的網路系統結構簡單，同時還具有可伸縮性和基於策略的QoS服務等功能。第三層交換機為網路提供QoS服務的內容包括優先順序管理、頻寬管理、VLAN交換等。基於策略的QoS使得網路管理員能為各種不同型別的網路流量包括TCP/UDP會話按優先順序分配頻寬，而且沒有任何交換效能上的損失。
由於應用的需求，骨幹交換機多為千兆交換機，所以目前第三層交換機也多為千兆交換機，可以提供10/100Mbps自適應埠和千兆埠，既可以連線銅線，也可以連線光纖，並提供高效能的背板通道。這類交換機有機櫃式的，也有可堆疊的.，可以根據不同的情況選用。
2.支援Trunk協議
在應用中，經常有乙太網交換機相互連線或乙太網交換機與伺服器互聯的情況，其中互聯用的單根連線往往會成為網路的瓶頸。採用Trunk技術能將若干條相同的源交換機與目的交換機的乙太網連線線從邏輯上看成一條連線線。這樣既保證區域網不會出現環路，同時也有效地加大了連線頻寬。效能良好的第三層交換機全面支援Trunk協議，一些可支援8組Trunk，從而能夠有效解決了企業區域網中的連線頻寬問題。
3.實現組播和自學
一些第三層除了支援動態路由協議RIP和OSPF外，針對日漸流行的支援多點組播的需求，還能夠實施基於標準的多點組播協議，如距離向量多點組播路由協議(DVMRP)。
第三層交換機還可以支援自學習功能，它能自動發現主機的IP地址與連線埠的對應關係，而不使用任何路由協議。一旦把交換機接入網路，它就通過不斷地偵聽ARP、RIP和ICMP資料包來學習所有連線的主機的IP地址和子網掩碼資訊。根據學習到的資訊，交換機將建立和維護路由表中的路由資訊，並且自動地為所有IP資料包提供路由服務。
4.提高安全性
在網路中，對於所傳輸資料包，出於安全考慮，需要根據很多規則對資料進行過濾，確保只有符合規定的資料包才能通過第三層交換機。第三層交換機支援內部具有硬體的過濾器，能在不降低系統性能的情況下對所有資料包進行過濾，而且能根據從第二層到第七層的任意內容對資料包進行過濾。
