Несмотря на некоторые сходства, технологии прокси и VPN существенным образом различаются. Как и в случае с прокси, посредством VPN клиент может соединиться с удалённым сервером через промежуточный. Основным различием является уровень сетевой модели OSI , на которых работают эти две технологии.
Прокси работает на самом высоком, прикладном уровне. Поэтому, чтобы обеспечить работу какого либо приложения через прокси, это приложение нужно предварительно соответствующим образом настроить, если его разработчики вообще предусмотрели работу через прокси. Для работы через прокси не требуется специальное клиентское программное обеспечение. Прокси не шифрует трафик между оконечными точками соединения. Маршрутизация всего трафика клиента через прокси - довольно сложная задача, требующая настройки множества сетевых приложений на работу через HTTP CONNECT прокси, способного туннелировать любое TCP соединение, или SOCKS5 прокси, способного передавать любые TCP и UDP пакеты.
В отличие от прокси, VPN работает на более низких, транспортном (протокол SSL), сетевом (протокол IPsec) или на канальном (протоколы PP2P и L2TP) уровнях, обеспечивая сквозное шифрование всего трафика любых приложений от устройства клиента до удалённого сервера без какой-либо их дополнительной настройки, и делая невозможным перехват трафика ISP провайдером или злоумышленниками, даже если клиенсткое устройство подключено к публичной сети WiFi. Для работы VPN необходимо специальное клиентское программное обеспечение, уже встроенное в современные операционные системы. Это могут быть и клиенты сторонних разработчиков - поставщиков VPN, которе зависимости от используемой технологии, могут быть как в виде приложений, так и в виде плагинов (дополнений) для Интернет браузеров.