Tường lửa phần cứng sử dụng một thiết bị vật lý hoạt động tương tự như bộ định tuyến (traffic router) để chặn gói tin dữ liệu và yêu cầu lưu lượng trước khi chúng kết nối với server của mạng. Các thiết bị tường lửa dựa trên thiết bị vật lý như thế này xuất sắc ở bảo mật biên giới (perimeter security) bằng cách đảm bảo lưu lượng độc hại từ bên ngoài mạng bị chặn trước khi các endpoint mạng của công ty bị lộ rủi ro.
Tường lửa phần cứng cung cấp sự dư thừa trong quy tắc tường lửa để một lỗi vô tình cho phép lưu lượng độc hại bởi ứng dụng tường lửa dựa trên host (host-based) không làm cho toàn bộ hệ thống mở ra. Ví dụ, thiết bị được che chắn dùng tường lửa host-based của Microsoft Windows có thể "tự động" được cập nhật để cho phép lưu lượng bởi trình cài đặt phần mềm mà không cần tương tác người dùng, làm thiết bị bị tổn thương.
Thiết bị tường lửa phần cứng có thể cung cấp đường phòng thủ thứ hai để giảm thiểu tác động của sai cấu hình đó. Tường lửa phần cứng cũng tách chức năng ghi log và kiểm soát luồng lưu lượng khỏi thiết bị được bảo vệ trong trường hợp thiết bị bị xâm phạm, hacker không nhất thiết có cách tạo quy tắc tường lửa mới hoặc dừng ghi log tường lửa.
Nhược điểm chính của tường lửa dựa trên phần cứng là thường dễ dàng cho các tấn công nội bộ (insider attacks) vượt qua chúng. Khả năng thực tế của tường lửa phần cứng có thể khác nhau tùy nhà sản xuất, một số có khả năng quản lý kết nối đồng thời hạn chế hơn.
Tường lửa phần cứng chính xác như tên gọi: thiết bị phần cứng đặt ở đâu đó trong luồng lưu lượng của mạng tổ chức. Một khi đặt chỗ, thiết bị nhận và kiểm tra gói tin đi vào và ra khỏi mạng. Thiết bị sau đó kiểm tra danh sách quy tắc truy cập được chỉ định trước để xem có cho phép gói tin tiếp tục đến đích, hay gói tin nên bị loại bỏ.
Có một số lợi ích của tường lửa phần cứng. Thiết bị không phụ thuộc vào hệ điều hành chung, ví dụ Microsoft Windows hay Linux, nên chúng kháng lại số lượng vô tận bug, virus và tấn công độc hại mà các HĐH đó trải qua.
Tường lửa phần cứng cũng thực hiện nhanh hơn giải pháp dựa trên phần mềm, và dễ mở rộng (scalable) hơn. Thêm thiết bị khi cần với sự đơn giản tương đối. Hiệu năng phải là cân nhắc chính khi chọn giải pháp tường lửa vì mọi lưu lượng mạng vào/ra tổ chức sẽ đi qua thiết bị và tốn thời gian/chi phí xử lý để quyết định xử lý mỗi gói tin.
Lợi ích khác là tường lửa phần cứng chỉ thực hiện nhiệm vụ liên quan tường lửa và không bị tải thêm các tác vụ khác. Loại chức năng đơn mục đích này cho phép thiết bị phần cứng thực hiện nhiệm vụ thiết kế hiệu quả hơn giải pháp phần mềm đa chức năng.