WDM-PON系统由光线路终端OLT、远端节点RN和光网络单元ONU（有时也称作光网络终端ONT）组成。下行方向上，OLT将不同ONU的数据加载在不同波长上，通过WDM器件将不同波长信号耦合到一根光纤中传送到远端节点RN，通过RN的解复用功能，把同一根光纤中传输的信号分解成不同波长信号分配给不同的ONU。上行方向上，不同ONU使用不同波长，在RN处耦合成一个波长在光纤上传输，在OLT端通过WDM器件，由接收单元进行接收。由于各个ONU使用的是不同波长，因此每个ONU的接入是随机的，不需要进行等待，能够实现ONU和OLT之间点到点地传输。
和TDMA-PON相比，WDM-PON具有很大优势。
其一，WDM-PON采用的是点到点传输，因此，不需要对带宽进行分配，每一个ONU独享带宽，不会随着ONU的增加而减小。
其二，由于中间采用的是无热光栅，与无源光分路器相比，其插入损耗更小；此外，WDM-PON光接收机工作在较低比特率，因此灵敏度极高。因此，在激光器输出功率相等情况下，WDM-PON传输距离更远。
其三，在WDM-PON中，ONU上行方向使用不同波长，和OLT之间是点到点传输，因此，安全性能更高。由于ONU在发送数据时不需要等待，因此，传输效率更高。
WDM-PON在ONU波长的选择上也将面临一定的问题，目前主要有三种解决方案。
ONU采用固定波长
此种方式就是ONU工作在某一设定的固定波长，不同的ONU使用不同的波长。在这种网络中，由于各个ONU的工作是分离的，因此，不需要定时和同步网络。但在这种方式下，当用户数增多时，需要的波长数也就越多，同时需要的光源种类也就越多，成本也就越高。此外，在维护过程中，也需要维护人员区分不同波长的ONU，这对维护人员的工作量将是一个考验。
ONU采用可调谐波长
此种方式就是ONU波长不固定，是可以调谐的。在上行方向上，不同ONU共享波长，OLT动态为每个ONU分配波长，网络具有重构性。但在此种方案中，ONU需要配置一个用于控制信道的专用发射机和一个用于发送数据的可调谐发射机，这会引起成本增加。但在此种方案中，上行波长是动态分配的，因此，可以支持更多的ONU，同时，上行波长利用率也有所提高。
ONU采用无色
此种方式中，ONU的特定波长选择是由光栅来完成的。此种方式由于不需要对ONU做出特殊需求，因此是目前使用做多的方法之一。
在WDM-PON网络概念提出以后，结合TDMA-PON网络，人们想到可以将这两种方式的PON网络合二为一，成为WDM-TDM PON。这种PON网络能够进一步提高PON网络的接入能力。如图3所示。
WDM PON设备面临的问题
器件成熟度不高
由于WPON概念提出时间较短，目前只有极少数厂家能够研制出WPON，此外能够生产WPON设备芯片的厂家更是寥寥无几，因此，目前WPON器件的成熟度不是很高，相关芯片的稳定性也有待检验。
设备成本较高
由于目前生产WPON设备的厂家较少，相关器件的生产厂家也比较少，在缺少竞争的机制下，价格都偏高。且WPON中相关设备都需要有波分复用和解复用器件，相应也会提高生产成本，因此，WPON产品的成本偏高。
缺乏统一标准
