Omdat PON dezelfde vezel gebruikt om gegevens te verzenden en te ontvangen, fungeert de passieve optische splitter ook als een optische combiner die gegevensverkeer van dezelfde aangesloten eindapparaten ontvangt. Om dit te bereiken maakt PON gebruik van twee verschillende soorten reeds lang bestaande telefonie-multiplexingconcepten: golflengtedeling en tijdsdeling.
Wavelength-division multiplexing (WDM) maakt tweerichtingsverkeer over een enkele vezel mogelijk door voor elke verkeersrichting een andere golflengte te gebruiken: de 1490-nanometer (nm) golflengte voor downstream verkeer en de 1310-nm golflengte voor upstream verkeer. De 1550-nm golflengte is gereserveerd voor optionele overlay diensten, typisch RF (analoge) video.
Toekomstige iteraties van de PON standaard zullen aparte golflengten definiëren voor achterwaartse compatibiliteit.
Time-division multiplexing (TDM) staat meerdere eindapparaten toe om onafhankelijke signalen over een enkele vezel te zenden en te ontvangen door tijdslots in een datastroom te reserveren. PON maakt gebruik van twee van dergelijke technologieën: TDM voor downstream verkeer en time-division multiple access (TDMA) voor upstream verkeer.
Als passief apparaat fungeert de splitter als distributiepunt, met de enkele feed van downstream data broadcast naar alle aangesloten ONT eindpunten. De ONT accepteert pakketten die zijn toegewezen aan zijn TDM-kanaal (frame time slot). Hij filtert en verwijdert pakketten die voor andere ONT’s bestemd zijn.
TDMA maakt het mogelijk om meerdere zenders op één ontvanger aan te sluiten. Bij een PON wordt TDMA gebruikt om de stroomopwaartse signalen bij de koppelaar te combineren. Een splitter en een coupler bevinden zich vaak in één apparaat.