NTP提供準確時間，首先要有準確的時間來源，這一時間應該是標準時間UTC。NTP獲得UTC的時間來源可以是原子鐘、天文臺、衛星，也可以從Internet上獲取。這樣就有了準確而可靠的時間源。時間按NTP服務器的等級傳播。按照離外部UTC源的遠近將所有服務器歸入不同的Stratum（層）中。Stratum-1在頂層，有外部UTC接入，而Stratum-2則從Stratum-1獲取時間，Stratum-3從Stratum-2獲取時間，以此類推，但Stratum層的總數限制在15以內。所有這些服務器在邏輯上形成階梯式的架構相互連接，而Stratum-1的時間服務器是整個系統的基礎。

　　

　　計算機主機一般同多個時間服務器連接，利用統計學的算法過濾來自不同服務器的時間，以選擇佳的路徑和來源來校正主機時間。即使主機在長時間無法與某一時間服務器相的情況下，NTP服務依然有效運轉。

　　

　　為防止對時間服務器的惡意破壞，NTP使用了識別(Authentication)機制，檢查來對時的信息是否是真正來自所宣稱的服務器并檢查資料的返回路徑，以提供對抗干擾的保護機制。

　　

　　時間服務器可以利用以下三種方式與其他服務器對時：

　　

　　broadcast/multicast

　　

　　client/server

　　

　　symmetric

　　

　　broadcast/multicast方式主要適用于局域網的環境，時間服務器周期性的以廣播的方式，將時間信息傳送給其他網路中的時間服務器，其時間僅會有少許的延遲，而且配置非常的簡單。但是此方式的度并不高，對時間度要求不是很高的情況下可以采用。

　　

　　symmetric的方式得一臺服務器可以從遠端時間服務器獲取時鐘，如果需要也可提供時間信息給遠端的時間服務器。此一方式適用于配置冗余的時間服務器，可以提供更高的度給主機。

　　

　　client/server方式與symmetric方式比較相似，只是不提供給其他時間服務器時間信息，此方式適用于一臺時間服務器接收上層時間服務器的時間信息，并提供時間信息給下層的用戶。

　　

　　上述三種方式，時間信息的傳輸都使用UDP協議。每一個時間包內包含近一次的事件的時間信息、包括上次事件的發送與接收時間、傳遞現在事件的當地時間、及此包的接收時間。在收到上述包后即可計算出時間的偏差量與傳遞資料的時間延遲。時間服務器利用一個過濾演算法，及先前八個校時資料計算出時間參考值，判斷后續校時包的性，一個相對較高的離散程度，表示一個對時資料的可信度比較低。僅從一個時間服務器獲得校時信息，不能校正通訊過程所造成的時間偏差，而同時與許多時間服務器通信校時，就可利用過濾算法找出相對較可靠的時間來源，然后采用它的時間來校時。