Dla pełnego omówienia standardu ATM niezbędne jest umieszczenie go w uniwersalnej strukturze Modelu Odniesienia dla Współdziałania Systemów Otwartych (ang. Reference Model for Open System Interconnection).
Warstwowy model odniesienia protokołów BISDN przedstawiono na rysunku. Zawiera on, oprócz warstw, trzy płaszczyzny: użytkownika, sterowania i zarządzania. Każda z wymienionych płaszczyzn realizuje specyficzne funkcje.
Płaszczyzna użytkownika zapewnia przesyłanie informacji użytkownika przez sieć ATM oraz realizację związanych z tym procesem funkcji sterujących takich jak: sterowanie przepływem strumieni informacji, wznawianie pracy po wystąpieniu błędów.
Płaszczyzna sterowania realizuje funkcje związane z zestawieniem połączenia, jego rozłączeniem oraz nadzoruje przebieg realizacji połączenia. W ramach omawianych funkcji warstwa zapewnia również obsługę sygnalizacji. Informacja sterująca połączeniem przenoszona jest w komórkach sygnalizacyjnych, które identyfikowane są przez własne VPI/VCI. Informacje zawarte w komórkach sygnalizacyjnych nie są przenoszone w sposób przezroczysty przez komutator ATM, ale muszą być przez komutator przetwarzane i interpretowane. W tym celu komutator musi mieć możliwość wykrywania komórek sygnalizacyjnych, w strumieniu wejściowym oraz interpretacji zawartych w tych komórkach informacji. Jeżeli komutator generuje informacje sterujące, to musi on mieć możliwość wprowadzenia komórek sygnalizacyjnych w strumień komórek wysyłanych portami wyjściowymi. Funkcje te są realizowane przez SAAL (Signaling ATM Adaptation Layer).
Płaszczyzna zarządzania nadzoruje pracę sieci jako całości. Realizuje ona funkcje zarządzania płaszczyznami oraz funkcje zarządzania warstwami. Pierwsza klasa funkcji dotyczy zarządzania w odniesieniu do systemu jako całości i zapewnia współpracę między wszystkimi płaszczyznami. Druga klasa funkcji obsługuje zarządzanie zasobami sieciowymi rezydującymi w każdej warstwie. W tej grupie znajdują się również funkcje eksploatacyjne i utrzymaniowe. Na podstawie istniejących standardów można wyróżnić następujące funkcje realizowane w węźle komutacyjnym: zarządzanie uszkodzeniami (wykrywanie uszkodzeń, izolacja uszkodzonych elementów, naprawa uszkodzeń); zarządzanie pracą węzła komutacyjnego (ciągłe nadzorowanie, ocenianie i przesyłanie raportów o zachowaniu się poszczególnych elementów komutatora); zarządzanie konfiguracją (włączanie lub wyłączanie elementów komutatora z obsługi ruchu); zarządzanie zabezpieczeniami ,; zarządzanie taryfikacją (pomiar wykorzystania zasobów sieci w celu wyznaczenia opłaty); zarządzanie ruchem (nadzorowanie i kierowanie ruchem w celu uniknięcia przeciążeń w sieci). Podobnie jak w przypadku komórek sterujących, informacja zawarta w komórkach sygnalizacyjnych musi być rozpoznawana i przetwarzana w węźle komutacyjnym.
Warstwa fizyczna składa się z dwóch podwarstw: medium fizycznego (Physical Medium) oraz zbieżności transmisyjnej (Transmission Convergence). Pierwsza podwarstwa realizuje funkcje transmisji i odbioru bitów, druga natomiast wykonuje funkcje transformacji strumienia komórek w strumień bitów, zgodny z formatem systemu transmisyjnego, po stronie nadawczej i wydzielenie komórek ze strumienia bitów otrzymanego z podwarstwy medium fizycznego - po stronie odbiorczej. Podwarstwa zbieżności transmisyjnej dokonuje również kontroli nagłówka, a poprawne komórki przekazywane są do warstwy ATM. Warstwa fizyczna nie definiuje żadnej konkretnej techniki transmisji, ani typu medium transmisyjnego. Możliwe jest zatem zastosowanie oprócz światłowodów również skrętki oraz kabli koncentrycznych. Jako rozwiązanie dla warstwy transmisyjnej wskazuje się systemy synchroniczne SDH. (Synchronous Digital Hierarchy). Dostępne będą kanały o przepływnościach 155 Mbit/s oraz 622 Mbit/s.
Warstwa ATM jest podzielona na dwie podwarstwy: ATM-VP i ATM-VC. Głównym zadaniem tej warstwy jest tworzenie połączeń dla różnego rodzaju usług. Realizuje ona multipleksację i demultipleksację komórek; translację identyfikatorów VPI/VCI (zmiana wartości pól w nagłówku zgodnie z tablicą marszrutowania znajdującą się w węźle komutacyjnym), tworzenie i usuwanie nagłówka komórek. Dodatkowo podwarstwy VP i VC nadzorują przepływ komórek w celu kontroli parametrów ustalonych w fazie negocjacji połączenia. Warstwa ATM rozwiązuje również problemy powstające przy tworzeniu VP i VC dla sieci wirtualnych.
Warstwa adaptacji ATM - AAL (ATM Adaptation Layer) przystosowuje usługi świadczone przez warstwę ATM do wymagań warstw wyższych i na odwrót. Głównym zadaniem tej warstwy jest przekształcanie strumieni informacji pochodzących z wyższych warstw w segmenty, które warstwa ATM formatuje jako komórki. Ze względu na to, że działalność tej warstwy jest zależą od usług musi ona oferować dużą liczbę funkcji adaptacyjnych.