La NAT dynamique utilise un pool d'adresses publiques et les attribue selon la méthode du premier arrivé, premier servi. Lorsqu'un périphérique interne demande l'accès à un réseau externe, la NAT dynamique attribue une adresse IPv4 publique disponible du pool.
Sur la figure, PC3 a accédé à Internet à l'aide de la première adresse disponible dans le pool NAT dynamique. Les autres adresses sont toujours disponibles. Comme la fonction NAT statique, la NAT dynamique nécessite qu'il existe suffisamment d'adresses publiques disponibles pour satisfaire le nombre total de sessions utilisateur simultanées.