物聯網應用層利用經過分析處理的感知資料，為使用者提供不同型別的特定服務，其主要功能包括對採集到的資料進行採集、轉換、分析，以及使用者層呈現的適配和事件觸發。 網路層傳輸的資料進入各資訊系統進行處理，通過各種裝置解決資料處理和人機互動的問題。 對於資訊的採集，由於大量原始資料是從終端節點獲取的，這些原始資料只有經過轉換、篩選、分析、處理後才能對使用者具有實用價值; 這些具有實際價值內容的應用伺服器根據使用者不同的渲染裝置完成資訊呈現的適配，並根據使用者的設定觸發相關通知資訊。 同時，當需要完成終端節點的控制時，應用層也可以完成控制指令的生成和指令的下發控制。 應用層可以分為兩個子層：智慧型處理層和應用介面層。
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1）智慧型處理層。以資料為中心的物聯網的核心功能是對感知資料進行智慧型處理，包括感知資料的儲存、查詢、分析、挖掘和理解，以及基於感知資料的決策和行為控制。 物聯網的價值主要體現在海量資料的智慧型處理和智慧型決策上。 智慧型處理利用雲計算、資料探勘、中介軟體等，實現感知資料的語義理解、推理和決策。 智慧型處理層識別下層（網路層）的網路資源，進而達到自適應傳輸的目的。 它為上層（應用介面層）提供統一的介面和虛擬化支援。 虛擬化包括計算虛擬化和儲存資源虛擬化。 智慧型決策支援系統整合了模型庫、資料倉儲、OLAP、資料探勘和互動介面。
智慧型處理層主要包括：資料庫。 為了滿足物聯網資料海量、多型、關聯和語義特性的需求，關係型資料庫和新興資料庫系統主要應用於物聯網領域。 海量資訊儲存。 早期，海量資訊儲存在大型伺服器上，基本上是以伺服器為中心的處理模式，使用直連儲存（DAS），儲存裝置（包括磁碟陣列、磁帶庫、光碟庫等）作為伺服器的外圍裝置。 隨著網路技術的飛速發展，伺服器之間交換資料或備份磁碟庫等儲存裝置時，都需要通過區域網進行，而網路附加儲存（NAS）技術主要用於實現網路儲存：這將占用大量的網路開銷，嚴重影響網路的整體效能。 資料中心。 資料中心不僅包括計算機系統和輔助裝置（如通訊儲存裝置），還包括冗餘資料通訊連線、環境控制裝置、監控裝置和安全裝置，從而通過高度的安全性和可靠性提供及時、連續的資料服務，可以為物聯網應用提供良好的支援。 搜尋引擎。 Web 搜尋引擎是一項複雜的服務，它可以根據使用者的查詢關鍵字在合理的響應時間內返回包含相關資訊的結果列表。 傳統的網路搜尋引擎是基於查詢關鍵詞的，對於相同的關鍵詞，會得到相同的查詢結果; 在物聯網時代，搜尋引擎必須從智慧型物件的角度思考搜尋引擎與物件之間的關係，主動識別物件並提取有用的資訊。 資料探勘。 物聯網需要對海量資料有更透徹的感知，對海量資料進行多維度的整合和分析，更深層次的智慧型需要通用的資料搜尋和服務，需要從海量資料中獲取潛在有用和可理解的模式，其基本型別有關聯分析、聚類分析、進化分析等，都使用資料探勘演算法。
2）應用介面層。物聯網的應用涉及的業務需求範圍廣泛，其執行模式、應用系統、技術標準、資訊要求、產品形態等各不相同，需要統一規劃設計應用系統的業務架構，以滿足物聯網綜合實時感知的需求， 多業務目標和異構技術整合。應用介面層的主要任務是利用軟體工程方法，根據業務應用需求，完成智慧型處理層提供的資料資訊，完成服務發現和服務呈現，包括對採集到的資料進行聚合、轉換、分析，以及使用者層的適配和事件觸發。
應用介面層是物聯網與使用者（包括組織、應用系統、人和物件）之間的能力呼叫介面，包括物聯網運維管理平台、行業應用介面、系統整合、專家系統等，用於支援行業和系統之間的資訊協同、共享和互通。 此外，應用介面層還可以包括各種使用者裝置、手機、客戶端、瀏覽器等，實現物聯網的智慧型化應用。
應用介面層是物聯網發展的體現。 目前，物聯網的應用領域主要包括綠色農業、工業監控、公共運輸、公共安全、城市管理、遠端醫療、智慧型家居、智慧型交通和環境監測等。 在這些應用領域都取得了成功的嘗試，在一些行業也積累了良好的應用案例。 物聯網應用系統具有多樣化、規模化、產業化的特點，需要制定一系列資訊互動協議，以保證應用介面層資料的有序交換。 API 層的協議通常由語法、語義和計時組成。 其中，語法規定了智慧型處理過程中資料和控制資訊的結構和格式; 語義決定了需要傳送什麼樣的控制訊息，以及需要完成哪些操作和響應; 時間決定了事件的實現順序。 針對不同的物聯網應用系統，應制定不同的應用介面層協議。 例如，智慧型電網應用介面層的協議不能與智慧型交通應用介面層的協議相同。 通過應用層介面協議，實現物聯網的智慧型化服務。
物聯網（IoT）是乙個複雜而龐大的系統，其架構是影響未來應用的關鍵，因此需要分階段、有計畫地進行深入的科學研究。