オーバーレイネットワークとは、物理的なネットワークの上に構築された仮想的なネットワークを指し、下位層にあるネットワークをアンダーレイネットワークと呼びます。

オーバーレイネットワークの代表例として、インターネット上に仮想的な閉域ネットワークを構築するインターネットVPNが挙げられます。IPsecなどのプロトコルを用いて仮想的なネットワークを構築することにより、本来インターネット経由では不可能なプライベートIPアドレスを用いた通信を可能にしています。このほか、ソフトウェアでネットワークを制御するSDN（Software Defined Networking）やSD-WANにおいても、オーバーレイネットワークの考え方が採り入れられています。