Z-Wave協議是一個低帶寬半雙工傳輸協議，它為高可靠性的低功耗網狀網絡的無線通信而設計。協議的主要目的是在控制單元和一個或多個節點單元之間可靠地傳輸較短的控制信息。

協議由下至上分為5層：物理層、MAC層、傳輸層、路由層和應用層。MAC層負責設備間無線數據鏈路的建立、維護和結束。同時控制信道接入，進行幀校驗，并預留時隙管理。為了提高數據傳輸的可靠性，當有節點進行數據傳送時，媒體介質層還采用了載波偵聽多址、沖突避免（CSMA/CA）機制以防止其他節點傳送信號。傳輸層主要用于提供節點之間的可靠的數掘傳輸，主要功能包括重新傳輸、幀校驗、幀確認以及實現流量控制等。路由層控制節點間數據幀的路由、確保數據幀在不同節點間能夠多次重復傳輸、掃描網絡拓撲和維持路由表等。應用層負責Z-Wave網絡中的譯碼和指令的執行，主要功能包括曼徹斯特譯碼、指令識別、分配HomeID和Node ID、實現網絡中控制器的復制以及對于傳送和接收幀的有效荷載進行控制等。

1）物理層

Z-Wave是一種低速率無線技術，專注于低速率應用，有9.6Kbit/s和40Kbit/s兩種傳輸速率，前者用來傳輸控制命令綽綽有余，而后者可以提供更為高級的網絡安全機制。它的工作頻段靈活，處于900MHz （ISM （Industrial Scientific Medical）頻帶）、868.42MHz（歐洲）、908.42MHz（美國），工作在這些頻帶上的設備相對較少，而ZigBee或藍牙所使用的2.4GHz頻帶正變得日益擁擠，相互之間的干擾不可避免，因此Z-Wave技術更能保證通信的可靠性。

Z-Wave的功耗極低。它使用了頻移鍵控（Frequency-Shift Keying，FSK）無線通方式，適合門鎖網絡使用，電池供電節點通常保持在睡眠狀態，每隔一段時間喚醒一次，監聽是否有需要接收的數據，兩節普通7號電池可以使用長達10年時間，免去了頻繁充電和更換電池的麻煩，保證了應用的長久穩定。

Z-Wave的系統復雜性比ZigBee小， 比藍牙設備要小得多，協議簡單，所要求的存儲空間很小。標準的Z-Wave模塊中設計了32KB的閃存用于存放協議，而同等功能的ZigBee模塊則至少需要128KB才能使用，藍牙則需要更多。所以Z-Wave模塊的成本要低于ZigBee或者藍牙設備。

Z-Wave網絡容量為單網絡最多232個節點，遠低于ZigBee的65535個。Z-Wave節點的典型覆蓋范圍為室內30m以及室外100m，最多支持4級路由。在應用的普適性方面差于ZigBee，不能使用單一技術建立大規模網絡。但對于智能家居應用來說，已經足以覆蓋到全部范圍。通過使用虛擬節點技術，Z-Wave網絡也可以與其他類型的網絡進行通信。