Szczegóły działania systemu IOS różnią się na poszczególnych urządzaniach, zależnie od jego przeznaczenia i zestawu obsługiwanych funkcji. Jednakże dla każdego z routerów system Cisco IOS zapewnia następujące działanie funkcji i komponentów:

Plik IOS ma rozmiar kilku/kilkunastu megabajtów i podobnie jak w przypadku przełączników Cisco jest on przechowywany w pamięci flash. Korzystanie z pamięci flash umożliwia łatwą aktualizację systemu IOS do nowszej wersji lub uzyskanie dodatkowych funkcjonalności urządzenia. Podczas uruchamiania routera system operacyjny IOS z pamięci flash kopiowany jest (i czasami rozpakowywany) do pamięci RAM. DRAM jest znacznie szybszą pamięcią niż flash, dlatego IOS kopiowany jest do pamięci RAM, co zwiększa wydajność urządzenia.