IPの規格では，IPパケットの最大サイズは6万5535バイトと定義されている。しかし，実際にIPパケットをやりとりするときは，送り出す回線の種類によって，IPパケットの最大サイズは決まってしまう。例えば，イーサネットとPPP（point to point protocol）は1500バイト，PPPoE（PPP over Ethernet）は1492バイト——といった具合だ。このIPパケットの最大値をMTU（maximum transmission unit）と呼ぶ。そして，通信で最適なMTUのサイズを調査するしくみが「経路MTU探索」という機能である。
通常TCP/IPでは，通信を始めるときにMTUサイズを決める。まず，通信相手に自分のMTUサイズを伝える。すると，相手からも相手側のMTUサイズが返ってくる。この二つの値を比べて小さいほうのMTUサイズを採用するしくみになっている。
このときMTUサイズが極端に小さいと，データ・サイズの小さなパケットを大量にやりとりすることになる。こうなると，データ・サイズに対してヘッダー部分の比率が高くなってしまい，効率が悪くなる（図）。さらに，パケットとパケットの間の隙間の数も増える。このように，データを送るためにそれ以外の余分な部分が多くなり，結果的にスループットが低下してしまう。
では，送信側と受信側のMTUサイズが同じなら，その値が通信に最適な値かというと，そういうわけにはいかないケースがある。それは，経路の途中で，MTUサイズの小さい回線を通る可能性もあるからだ。
IPパケットはIPネットワークを構成するルーターが中継することで相手まで届く。ルーターが受け取ったパケットを転送するとき，送り出す回線のMTUサイズよりパケットのサイズが大きいと，その回線で送れるサイズにパケットを分割してから送信する。こうすると，パケットの数が増えるだけでなく，ルーターに負荷をかける。場合によってはこの分割処理がスループットに影響を与える。
それでは，小さすぎず大きすぎず，スループットが最大になるMTUサイズとは，どのような大きさなのか。それは，「パケットを経路途中で分割せずに送れる最大サイズ」である。その値を探るのが経路MTU探索だ。Windowsでは常に経路MTU探索が動いている。
経路MTU探索の具体的なしくみはこうだ。送信側はまず，分割禁止に設定したサイズの大きなICMP（internet control message protocol）パケットを通信相手に送る。サイズが大きいと，途中のルーターから「分割しないと送れない」というエラーが返ってくる。そこで送信側は，パケット・サイズを少しずつ小さくしながら，分割禁止のICMPパケットを送る。送信側は，ルーターからのエラー・メッセージではなく，通信相手から応答が返ってくるまでこれを繰り返す。通信相手から応答が返ってきたら，そのICMPパケットのサイズが最適なMTUサイズだとわかるわけだ。
