Thunderbolt pełni funkcję zewnętrznego interfejsu połączeniowego z PCI Express lub DisplayPort, umożliwiając mieszanie i dopasowywanie sygnałów z obu systemów. Po zastosowaniu adaptera może również komunikować się przez USB, IEEE 1394 (FireWire/i.LINK), Gigabit Ethernet lub Fibre Channel.

Jako kable komunikacyjne można stosować kable metalowe (miedziane) lub światłowodowe, a w przypadku kabli miedzianych do podłączonych urządzeń można dostarczyć do 10 W mocy. W przypadku światłowodu możliwa jest komunikacja na większe odległości (nawet do 60 metrów) niż w przypadku przewodu miedzianego.

Oprócz połączenia typu hub, w którym wszystkie urządzenia są podłączone do centralnego urządzenia lub kolektora przewodów, możliwe jest połączenie typu daisy-chain, w którym komunikacja z innych urządzeń jest przekazywana w sposób bucket-relay. Początkowo kształt złącza i wtyczki został zaadaptowany z Mini DisplayPort, ale od trzeciej wersji zastosowano złącze USB Type-C.

Thunderbolt 2

Druga wersja standardu Thunderbolt, ogłoszona w 2013 roku. Jest on w stanie przesyłać sygnały z prędkością 20 Gbps full-duplex, czyli dwukrotnie szybciej niż wcześniejszy standard, i jest w stanie przesyłać sygnały z PCI Express 2.0 lub DisplayPort 1.2.

Począwszy od tej wersji, światłowody mogą być stosowane w kablach, które można łączyć na odległość do 60 metrów. Kształt złącza jest taki sam jak w pierwszej wersji, Mini DisplayPort, i jest wstecznie kompatybilne, więc można je łączyć ze starszymi urządzeniami.

Thunderbolt 3

Zapowiedziany w 2015 roku, jest to trzecia wersja standardu Thunderbolt. Obsługuje on do 40 Gbps full-duplex, co jest czterokrotnie szybsze niż w pierwotnej wersji. Oprócz PCI Express 3.0 i DisplayPort 1.2, dodano obsługę USB 3.1 Gen 2.

Ponadto, interfejs DVI jest zgodny z HDCP (High-bandwidth Digital Content Protection), umożliwiając odtwarzanie Blu-ray/HD DVD i innych zabezpieczonych treści multimedialnych.