下位層のリンクを用いて上位層で仮想的なリンクを形成するネットワークのこと。
インターネットの登場後、多くのシステムがオーバレイネットワークの形態を取ってきた。メールシステムはMTA間のメッシュとメールサーバー、クライアントのスター型のネットワークからなるオーバレイネットワークである。
近年では、DHT（分散ハッシュテーブル）技術やJXTAを用いたP2Pネットワークも、IP層を覆い隠して端末間の相互接続を可能にするオーバレイネットワークとして注目されている。