По сравнению с большинством программ IP-телефонии в Skype передача данных осуществляется посредством использования Р2Р-архитектуры. Каталог Skype имеет четкое разделение в соответствии с компьютерами пользователей сети Skype, благодаря чему появляется возможность достичь масштабирования до весьма крупных размеров (на текущий момент более 100 миллионов пользователей, 15-25 миллионов онлайн), не располагая при этом дорогостоящей инфраструктурой централизованных серверов.
Помимо этого при помощи Skype появляется возможность осуществлять маршрутизацию звонков через компьютеры других пользователей. Благодаря этому пользователи, расположенные за NAT либо брандмауэром, могут соединяться друг с другом, однако негативной стороной данного процесса является дополнительная нагрузка на компьютеры и каналы пользователей, имеющих прямое подключение к сети Интернет.
Роль единственного центрального элемента для Skype выполняет сервер идентификации, используемый для хранения учетных записей пользователей, а также резервных копий их списков контактов. Кстати, скачать скайп сегодня можно на многих сайтах.
Единственная задача, которую выполняет центральный сервер - установка связи. После установления связи происходит пересылка голосовых данных между компьютерами напрямую (при условии наличия между ними прямой связи) либо посредством использования Skype-посредника (суперузел - компьютер, располагающий внешним IP-адресом и открытым TCP-портом для Skype). В частности, если между двумя компьютерами, располагающимися в пределах одной локальной сети, произошло установление Skype-соединения, то даже разрыв связи с Интернет не помешает продолжению разговора до тех пор, пока желание прекратить его не появится у одного из собеседников либо не произойдет сбой связи внутри локальной сети.
Применение Skype кодеков (алгоритмов сжатия данных) Silk (8-24 кГц), G.729 (8 кГц) и G.711 (ранее использовались также ILBC и ISAC) и наличие достаточной скорости Интернет-соединения (30-60 кбит/с) позволяет, как правило, добиваться качества звука, который ничуть не уступает обычной телефонной связи.
В процессе установки соединения между двумя компьютерами происходит шифрование данных, для чего используется AES-256. Передача же ключа последнего осуществляется при помощи 1024-битного ключа RSA.
Открытые ключи пользователей подвергаются сертификации центральным сервером Skype в тот момент, когда ими осуществляется вход в систему при помощи 1536- или 2048-битных сертификатов RSA.
VoIP-протокол Skype является закрытым, применяет его исключительно оригинальное программное обеспечение Skype. Благодаря использованию API, пользоваться его функциями могут и программы, созданные сторонними разработчиками. Но, несмотря на это, протокол часто подвергается анализу, и с частью его результатов можно ознакомиться, посетив новый сайт о скайпе.
3 июня 2011 года произошел взлом протокола Skype, в результате чего его исходный код проник в Интернет. О случаях расшифровки и/или перехвата данных в Skype, имеющих официальное подтверждение от лица разработчиков, пока не сообщается, и многие спецслужбы данное обстоятельство приводит к недовольству.
Но в ходе проведения встречи правоохранительных органов Австрии с провайдерами в местном Министерстве внутренних деле от первых была получена информация, что 25 июня 2008 года был осуществлен «законный перехват IP-трафика». С похожим заявлением выступил и представитель органов внутренних дел Австралии.