Без DHCP для присоединения к сети пользователи должны вручную указать IP-адрес, маску подсети и другие сетевые параметры. Сервер DHCP обслуживает пул IP-адресов и выдаёт временные адреса всем клиентам с настроенным DHCP, когда клиент включается. Поскольку IP-адреса являются динамическими (предоставляются в аренду), а не статическими (назначаются навсегда), неиспользуемые адреса автоматически возвращаются в пул для повторного назначения. Как показано на рисунке, в то время, когда устройство с настроенным DHCP загружается и подключается к сети, клиент выполняет широковещательную рассылку сообщения обнаружения DHCP (DHCPDISCOVER), чтобы найти в сети все доступные сервера DHCP. Сервер DHCP отвечает сообщением с предложением DHCP (DHCPOFFER), которое разрешает клиенту арендовать адрес. Сообщение с предложением содержит назначаемые IP-адрес и маску подсети, IP-адрес DNS-сервера и IP-адрес шлюза по умолчанию. В предложении аренды также указывается её срок.
Клиент может получить несколько сообщений DHCPOFFER, если в локальной сети есть несколько серверов DHCP. Поэтому клиент должен выбрать один из серверов, для чего он отправляет сообщение с запросом DHCP (DHCPREQUEST), в котором указывается конкретный сервер и предложение аренды, которое принимает клиент. Клиент также может запросить адрес, который ранее был присвоен ему сервером.
Если IP-адрес, запрашиваемый клиентом или предлагаемый сервером, по-прежнему доступен, сервер возвращает сообщение с подтверждением DHCP (DHCPACK), которое подтверждает клиенту, что аренда адреса была продлена. Если предложение больше не действительно (например, истекло время ожидания или другой клиент арендовал адрес), выбранный сервер отвечает сообщением с отрицательным подтверждением DHCP (DHCPNAK). Если возвращено сообщение DHCPNAK, процесс выбора должен начаться повторно с отправкой нового сообщения DHCPDISCOVER. После того как клиент арендовал адрес, аренду необходимо будет продлить до истечения срока её действия с помощью другого сообщения DHCPREQUEST.
DHCP-cервер обеспечивает уникальность всех IP-адресов (один и тот же IP-адрес не может быть назначен одновременно двум различным сетевым устройствам). Использование протокола DHCP позволяет сетевым администраторам легко перенастроить IP-адреса клиентов без необходимости вручную делать изменения на клиентах. Большинство интернет-провайдеров используют DHCP для выделения адресов своим клиентам, которым не нужен статический адрес.