W3SVC 雖不顯眼，但扮演關鍵角色：根據配置資料建立並監視工作執行緒，由工作執行緒運行 Web 應用程式。不同於 IIS 5.0 的 IIS 管理服務（屬 Inetinfo 一部分），IIS 6.0 的 W3SVC 以獨立進程運行，不含第三方程式碼，因此 Web 應用程式故障不會波及 W3SVC。W3SVC 持續運行，可依使用者參數監視並重新啟動應用程式，大幅提升可靠性。
IIS 6.0 最大架構變革是引入 HTTP.sys 核心模式驅動程式，負責處理 HTTP 請求。IIS 5.0/4.0 在使用者模式處理請求，頻繁在核心與使用者模式間切換造成效能損耗。HTTP.sys 在核心模式監聽請求，決定由哪個使用者模式進程處理，或直接從核心模式快取回應靜態內容，極大減少模式切換開銷。
HTTP.sys 管理高度優化的啟發式快取演算法，僅快取多次請求的內容。微軟測試顯示，IIS 6.0 靜態內容回應速度較 IIS 5.0 提升 150%。即使以 IIS 5.0 隔離模式運行，仍受益於 HTTP.sys 快取與其他改進。HTTP.sys 還註冊所有應用程式、賦予進程控制代碼，能快速將請求路由至正確的使用者模式應用程式。
HTTP.sys 設定位於登錄檔 HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\HTTP，包含 EnableNonUTF8（控制 UTF-8/ANSI/DBCS URL 接受）與 PercentUAllowed（控制 %uNNNN Unicode 格式）等參數，反映 IIS 6.0 在 URL 解析安全性上的強化。
預設啟用工作進程隔離模式：每個 Web 應用程式由獨立的 w3wp.exe 實例運行。此模式消除進程內應用程式問題，提高可靠性（單一應用程式故障不影響其他）與安全性（預設以權限受限的「網路服務」帳戶運行，非 System 帳戶）。緩衝區溢位攻擊成功時，攻擊者僅能存取網路服務帳戶權限內的資源，無法寫入 Inetpub 目錄，有效阻擋 Code Red 等蠕蟲。
對於不相容的 ISAPI 篩選器（特別是呼叫 SF_READ_RAW_DATA 或 SF_SEND_RAW_DATA），IIS 6.0 提供 IIS 5.0 隔離模式作為備選，仍可受惠於 HTTP.sys 效能提升。
應用程式集區包含一組可命名的工作進程，解決 IIS 5.0 無法命名 dllhost.exe 實例、無法將特定應用程式分組的限制。透過網站屬性「主目錄」頁即可輕鬆將網站或目錄歸入指定集區。
