שכבת השיחה (session) אחראית על יצירת, ניהול, וסגירת שיחות בין התוכניות הפועלות בשני קצוות (nodes) של רשת מחשבים. היא משמשת את שכבת הייצוג ומשתמשת בשכבת התעבורה על מנת להעביר נתונים על גבי הרשת והיא השכבה החמישית במודל ה-OSI.
השיחות הללו, שעל שמן נקראת השכבה הם כל התקשרות בין שני מחשבים, נוצרת על ידי אחת משתי השכבות העליונות של מודל ה-OSI. לדוגמה, כאשר משתמש מבקש דף אינטרנט - נפתח תהליך, השרת מחזיר את דף האינטרנט המבוקש - והתהליך נסגר. שכבת השיחה מחלקת את השיחות לשני סוגים:
ASP, PPTP, SSH, NFS, RPC, SSL