EPON 下行通信采用时分复用（TDM）+ 广播的传输方式，分光器传输原理。具体地说，OLT 将时分复用后的信号发给分光器，分光器采用广播方式将信号发给所有 ONU。在 EPON 中，根据 IEEE 802.3 以太网协议，传送的是可变长度的数据包（MAC 帧），最长可为 1518 字节。
每个数据包带有一个 EPON 包头（逻辑链路标识 LLID），唯一标识该信息包是发给 ONU-1、ONU-2 还是 ONU-3 等，也可标识为广播数据包发给所有 ONU 或发给特定的 ONU 组（多点传送数据包）。当数据包到达 ONU 时，ONU 通过地址匹配接受并识别发给它的数据包，丢弃发给其他 ONU 的数据包，如果开展ISP业务，需要了解路由器。
在光信号上进行的时分复用是指，在发送端（OLT），将发给各支路（ONU）的电信号各自经过一个相同波长的激光器转变为支路光信号，各支路的光信号分别经过延时调整后经合路器合成一路高速光复用信号并馈入光纤；在接收端，收到的光复用信号首先经过分光器分解为支路光信号，各支路的光信号再分送到各支路的光接收机转换为各支路电信号。
分光器下行传输的数据流被组成固定长度的帧。EPON 下行传输速率为 1.25Gbit/s，每帧帧长为 2ms，携带多个可变长度的数据包。含有同步标识符的时钟信息位于每帧的开头，用于 ONU 与 OLT 的同步，同步标识符占 1 个字节。下行方向上，每帧中包含的 ONU 数据分组没有顺序，长度也是可变的。
在上行方向，EPON 采用时分多址接入（TDMA）方式，具体来说，就是每个 ONU 只能在 OLT 已分配的特定时隙中发送数据帧，每个特定时刻只能有一个 ONU 发送数据帧。否则 ONU 间将产生时隙冲突，导致 OLT 无法正确接收各个 ONU 的数据，所以要对 ONU 发送上行数据帧的时隙进行控制。每个 ONU 都有一个 TDMA 控制器，它与 OLT 的定时信息一起控制各 ONU 上行数据包的发送时刻，以避免复合时相互间发生碰撞和冲突。
连接于分光器的各 ONU 发送上行信息流，经过分光器耦合到共用光纤，以 TDM 方式复合成一个连续的数据流。此数据流组成帧，其帧长也是 2ms，每帧有一个帧头，表示该帧的开始。每帧进一步分割成可变长度的时隙，每个时隙分配给一个 ONU。
