Na adresách se nešetřilo. Délka adresy vzrostla na čtyřnásobek původní hodnoty, tedy na 128 bitů. To znamená, že počet všech možných adres se pohybuje v těžko představitelném řádu 10³⁸. Na každý milimetr zemského povrchu připadá 667×10¹⁵ (milionů miliard) adres. Na každého obyvatele planety připadá bezmála 30 tisíc síťových prefixů (každý síťový prefix nabízí 65 tisíc podsítí, z nichž každá umí rozlišit miliardy miliard koncových zařízení). Adres je tedy po všech stránkách dost a měly by vystačit opravdu dlouho.

Významným rozdílem proti IPv4 je, že zatímco v předchozím protokolu mívalo jedno síťové rozhraní obvykle jen jednu IPv4 adresu, ve světě IPv6 jich mívá celou řadu. Existuje dokonce výčet povinných adres, na nichž počítač či směrovač musí přijímat data.

Vzhledem k délce by bylo silně nepraktické převzít způsob zápisu z IPv4. V IPv6 se adresy zapisují kompaktněji v šestnáctkové soustavě a jednotlivé dvojice bajtů (čtveřice šestnáctkových číslic) se pro větší názornost oddělují dvojtečkami. Takže IPv6 adresa může vypadat třeba takto:

2001:0db8:7654:3210:fedc:ba98:7654:3210 Aby se zápis ještě o něco zkrátil, lze v jednotlivých čtveřicích vynechávat počáteční nuly. Pokud se vyskytne několik po sobě jdoucích nulových skupin, lze je nahradit dvojicí dvojteček. Ta se však v zápisu každé adresy smí objevit jen jednou, aby byl jednoznačný. Takže následující trojice zápisů je ekvivalentní:

ff01:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0101
ff01:0:0:0:0:0:0:101
ff01::101

RFC 5952 zavedlo kanonický zápis, jehož cílem je snížit polymorfii adres. Podle něj aplikace sice na vstupu musí podporovat všechny možné tvary adresy, ale ve svých výstupech by měly používat jen kanonický zápis. ted je definován následujícími pravidly:

• šestnáctkové číslice se zapisují malými písmeny
• vynechání počátečních nul ve čtveřici je povinné
• konstrukce „::“ musí mít co největší efekt – musí pohltit všechny sousední nulové skupiny, musí být použita pro nejdelší takovou skupinu v adrese (pokud je jich více o stejné délce, použije se pro nejlevější) a nesmí se použít pro jednu nulovou skupinu

Poslední ze tří výše uvedených alternativ je v kanonickém tvaru.

Zápis adresy je v každém případě dost komplikovaný. Upřímně řečeno se neočekává, že by je uživatelé někdy psali. Pro ně jsou určena jména a adresy se vyřídí prostřednictvím DNS.

Prefixy se zapisují stejně jako v IPv4 adresa/délka, kde adresa určuje začátek adresy (její nevýznamné bity bývá zvykem vynulovat) a délka definuje, kolik bitů je významných. Například prefixu ff00::/8 vyhoví každá adresa, jež má v prvních osmi bitech samé jedničky.

Adresy se dělí do tří základních kategorií:

Individuální adresy (unicast)
označují jedno rozhraní připojeného počítače či zařízení.
Skupinové adresy (multicast)
představují adresu skupiny síťových rozhraní. Paket se skupinovou cílovou adresou bude dopraven všem členům skupiny. Tyto adresy se používají nejčastěji pro šíření zvukového či obrazového signálu, videokonference a podobně.
Výběrové adresy (anycast)
také označují skupinu síťových rozhraní, ale datagram bude dopraven jen na jedno z nich (zpravidla to nejbližší). Výběrové adresy umožňují například realizovat některé speciální služby - klient odešle datagram s obecnou adresou a některý z dostupných serverů se jej ujme.

V porovnání se současným IP tedy zmizely všesměrové (broadcast) adresy. Jejich roli převzaly obecnější adresy skupinové. Pevně definované standardní skupiny (například ff02::1 pro všechny uzly připojené k dané lince) pak nahrazují původní všesměrové adresy.

Jednotlivé druhy adres sloužící různým účelům jsou navzájem rozlišeny pomocí prefixů. Podle počáteční skupiny bitů v adrese poznáte, jakého druhu je:

Výběrové adresy nemají svůj vlastní prefix. Jsou zařazeny mezi globální individuální adresy, od nichž se liší pouze způsobem zpracování ve směrovacích algoritmech.

Následující prefixy nepředstavují oficiální kategorie adres. Jedná se o prefixy přidělené určitým mechanismům či technologiím: