TCP连接复用技术通过将前端多个客户的HTTP请求复用到后端与服务器建立的一个TCP连接上。这种技术能够大大减小服务器的性能负载，减少与服务器之间新建TCP连接所带来的延时，并最大限度的降低客户端对后端服务器的并发连接数请求，减少服务器的资源占用。
一般情况下，客户端在发送HTTP请求之前需要先与服务器进行TCP三次握手，建立TCP连接，然后发送HTTP请求。服务器收到HTTP请求后进行处理，并将处理的结果发送回客户端，然后客户端和服务器互相发送FIN并在收到FIN的ACK确认后关闭连接。在这种方式下，一个简单的HTTP请求需要十几个TCP数据包才能处理完成。
采用TCP连接复用技术后，客户端（如：ClientA）与负载均衡设备之间进行三次握手并发送HTTP请求。负载均衡设备收到请求后，会检测服务器是否存在空闲的长连接，如果不存在，服务器将建立一个新连接。当HTTP请求响应完成后，客户端则与负载均衡设备协商关闭连接，而负载均衡则保持与服务器之间的这个连接。当有其它客户端（如：ClientB）需要发送HTTP请求时，负载均衡设备会直接向与服务器之间保持的这个空闲连接发送HTTP请求，避免了由于新建TCP连接造成的延时和服务器资源耗费。
在HTTP 1.1中，客户端可以在一个TCP连接中发送多个HTTP请求，这种技术叫做HTTP复用（HTTP Multiplexing）。它与TCP连接复用最根本的区别在于，TCP连接复用是将多个客户端的HTTP请求复用到一个服务器端TCP连接上，而HTTP复用则是一个客户端的多个HTTP请求通过一个TCP连接进行处理。前者是负载均衡设备的独特功能；而后者是HTTP 1.1协议所支持的新功能，目前被大多数浏览器所支持。
HTTP缓存负载均衡器可以存储静态内容，当用户请求它们时可以直接响应用户而不必再向后台服务器请求。
TCP缓冲TCP缓冲是为了解决后端服务器网速与客户的前端网络速度不匹配而造成的服务器资源浪费的问题。客户端与负载均衡之间采用的链路具有较高的时延和较低的带宽，而负载均衡与服务器之间采用时延较低和高带宽的局域网连接。由于负载均衡器可以暂存后台服务器对客户的响应数据，再将它们转发给那些响应时间较长网速较慢的客户，如此后台Web服务器就可以释放相应的线程去处理其它任务。
SSL加速 一般情况下，HTTP采用明文的方式在网络上传输，有可能被非法窃听，尤其是用于认证的口令信息等。为了避免出现这样的安全问题，一般采用SSL协议（即：HTTPS）对HTTP协议进行加密，以保证整个传输过程的安全性。在SSL通信中，首先采用非对称密钥技术交换认证信息，并交换服务器和浏览器之间用于加密数据的会话密钥，然后利用该密钥对通信过程中的信息进行加密和解密。
SSL是需要耗费大量CPU资源的一种安全技术。目前，大多数负载均衡设备均采用SSL加速芯片（硬件负载均衡器）进行SSL信息的处理。这种方式比传统的采用服务器的SSL加密方式提供更高的SSL处理性能，从而节省大量的服务器资源，使服务器能够专注于业务请求的处理。另外，采用集中的SSL处理，还能够简化对证书的管理，减少日常管理的工作量。
有些负载均衡器可以按要求修改通过它的数据。
入侵阻止功能在防火墙保障网络层/传输层安全的基础上，提供应用层安全防范。
分类下面从不同层次讨论负载均衡的实现：
DNS 负载均衡