Para la comunicación en ambiente de red, DICOM utiliza el modelo de capas para representar conexiones virtuales entre ambientes heterogéneos (diferentes plataformas de cómputo), utilizando protocolos de comunicación. Cada capa mantiene cierta responsabilidad en el manejo de la comunicación entre aplicaciones en la misma o en distintas máquinas. Para establecer una conexión virtual, los dispositivos que pretenden comunicarse deben utilizar los mismos protocolos en cada capa, para poder "hablar en el mismo idioma". En las versiones anteriores a DICOM, se hizo la especificación para comunicar dispositivos punto a punto. DICOM agrega la posibilidad de conexión en red utilizando como base los protocolos TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) y los propuestos por ISO/OSI (International Standards Organization/Open Systems Interconnection). De esta forma se aprovechan los protocolos definidos en las capas inferiores tanto de TCP/IP como de ISO/OSI y define los protocolos necesarios en las capas superiores para soportar la comunicación entre aplicaciones en forma eficiente.

En el caso de ISO/OSI, aprovecha los servicios de las primeras 6 capas, además de los elementos de servicio OSI para la manipulación de asociaciones (ACSE).Para el caso de TCP/IP, especifica un protocolo de capa superior DUL (DUL: DICOM Upper Layer). Para ambos casos se definen un protocolo para aplicaciones DICOM, que permite la portabilidad entre ambos ambientes sin afectar las aplicaciones ya realizadas.

DICOM especifica la forma de comunicación, a través de asociaciones, estableciendo un ambiente cooperativo entre varias entidades en donde algunas juegan un papel de cliente, otras de servidor y otras de ambos, definiendo así un esquema Cliente/Servidor.

La forma de definir las reglas de cliente y servidor, es a través de la especificación de servicios específicos pertenecientes a entidades de aplicación que definen el nivel de compatibilidad deseado.

DICOM establece dos tipos de servicios básicos: Usuario de servicios de clase (Service Class User: SCU) que juegan las reglas de cliente y Proveedor de servicios de clase (Service Class Provider: SCP) que juegan las reglas de servidor. En cada caso, las reglas son definidas durante la asociación. El establecimiento de asociación corresponde a la primera fase de comunicación entre dos AE's compatibles con DICOM, que una vez lograda, negocia los tipos de objetos a intercambiar y la forma de codificarlos.