Một máy chủ proxy đại diện cho các máy tính của khách hàng khi truy cập vào hệ thống. Còn NAT sẽ làm thay đổi địa chỉ nguồn gốc của lưu lượng truy cập tới thông qua nó trước khi đi qua nó với Internet để đến với địa chỉ đích. Những ai đã từng biết qua mô hình kết nối mạng OSI (Open System Interconnection) thì có thể hiểu là NAT hoạt động trên lớp mạng (lớp 3). Còn máy chủ proxy hoạt động trên tầng giao vận (lớp 4) hoặc cao hơn.