セルリレーで用いているATM方式は，送信する情報を53 byteの固定長のセルとし，その中のヘッダ情報（５ byte）によりセル単位に交換制御を行う方式。よって，既存のパケット通信やフレームリレーがいろいろな長さのパケット（フレーム）を扱うのに比較し，交換処理が簡略化され，ハードウェアのみによる交換処理が可能となるため，より高速かつ広帯域な通信を実現することができる。

セルリレーのプロトコル構成は，具体的には，物理的レイヤ，ATMレイヤ，AALからなる。物理レイヤ，およびATMレイヤはOSI参照モデルの物理レイヤ（レイヤ１）に，AALはデータリンクレイヤ（レイヤ２）に該当する。ATMレイヤまではユーザ・網インタフェースとして，AAL以上はエンド・エンドのプロトコルとして標準化上は規定されている（図）。