Una fibra ottica con un nucleo molto sottile (10 micron) che accetta la luce con una sola angolazione d'ingresso e con una sola frequenza. In virtù delle ridotte dimensioni del nucleo e della precisione con cui la luce deve entrare e uscire da questo, si tratta di fibre molto costose da posare, oltre che da fabbricare. In compenso offrono una dispersione molto bassa e raggiungono distanze considerevoli (fino a 200 km in alcuni casi). È possibile trasmettere un solo segnale alla volta e l'allineamento deve essere molto preciso perciò il trasmettitore deve emettere un raggio laser. La maggiore distanza è dovuta anche alla qualità superiore della luce prodotta dal laser rispetto a quella ottenibile dai LED impiegati con le fibre multimodali. Considerato l'alto costo, la fibra monomodale viene usata di rado nel mondo delle reti locali e solo quando sia indispensabile coprire grandi distanze.
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