NB-IoT的物理层位于无线接口协议栈的最底层，提供物理介质中数据传输所需要的所有功能。物理层为MAC层和高层提供信息传输的服务。其中，物理层用来解决如何通过无线接口来传输数据，其余内容无关，而MAC层决定发送什么样的内容。

　　NB-IoT的物理层设计实在E-UTRAN物理层的基础上做了一些修改，具体如下：

　　每个NB-IoT载波只使用一个PRB。

　　下行只支持E-UTRAN中的15kHz子载波间隔

　　上行引入了Single-tone传输，此时在15kHz子载波间隔的基础上，增加了3.75kHz子载波间隔。在3.75kHz子载波间隔的情况下，窄带时隙长度定义为2ms。

　　上行引入了Multi-tone传输，支持15kHz的子载波间隔。

　　窄带物理层上行链路共享信道(Narrowband Physical Uplink Shared Channel，NPUSC)子载波间隔为15kHz时，只支持LTE系统常规循环前缀。

　　NPRACH使用Single-tone调频传输方式。

　　只支持FDD，UE只支持半双工方式。

　　支持独立部署、保护带部署、带内部署3种模式。

　　MIB消息在NPBCH中传输，其余信令消息和数据在NPDSCH上传输，窄带物理层下行链路控制信道(Narrowband Physical Downlink Control Channel，NPDCCH)负责控制UE和eNB基站之间的数据传输。

　　NB-IoT下行调制方式为QPSK。NB-IoT下行最多支持两个天线端口：AP0和AP1。

　　和LTE系统一样，NB-IoT也有物理层小区标志(Physical Layer Cell Identity，PCI)，称为窄带物理小区标志(Narrowband Physical Cell ID，NCellID)，一共定义了504个NCellID。