Sur une seule fibre optique, le multiplexage en longueur d'onde permet de faire passer plusieurs ondes de longeur d'onde différentes, en les mélangeant à l'entrée par un multiplexeur (MUX), et en séparant les différentes ondes à la sortie au moyen d'un démultiplexeur (DEMUX).

Chaque flux d'information est codé sur une porteuse par modulation d'amplitude (éteint pour un 0, allumé pour un 1 par exemple).

Les équipements de démultiplexage sont des équipements passifs, types réseaux de diffraction. Ils agissent comme des filtres en sélectionnant le signal dans une zone de longueur d'onde donnée.

Le multiplexage en longueur d'onde sur une fibre n'augmente pas la bande passante de la fibre mais est une solution économique qui permet de maximiser la capacité de celle-ci.