Eine Virtualisierung von Anwendungen basiert im Großen und Ganzen auf der Anwendungsisolation und dem Anwendungsstreaming. Durch die Isolation startet eine Anwendung in einer sogenannten Sandbox. Aktionen der Anwendung wirken sich nach Möglichkeit nur in der Sandbox aus, und Aktionen, die der Anwender benötigt, dringen nach außerhalb. Im Fall der Softwarevirtualisierung ist aber eher der Aspekt interessant, dass auch nichts in die Sandbox hineinkommt. So kann eine Anwendung beispielsweise mit einer eigenen Middleware arbeiten (beispielsweise Java JRE), die dann für andere Anwendungen nicht erkennbar ist, da der virtualisierte Anwendungsprozess in einer eigenen Sandbox arbeiten.

Jede mit Microsoft App-V virtualisierte Anwendung hat ein eigenes Dateisystem und eine eigene Registrierung (Registry.dat). Weiterhin nutzen App-V Applikationen weitere „Subsysteme" für die Virtualisierung von Systemobjekten, DCOM-Objekten, Fonts, Umgebungsvariablen usw.

Noch bis zu der Version 4.6 sprach man bei App-V von der Möglichkeit, das App-V als einziges Produkt seine Dateien in Containern speichert und kein Redirect auf physikalisch auf dem Datenträger vorhandene Dateien vorgenommen wird. Das wurde marketingtechnisch so dargestellt, dass andere Produkte wie das Citrix Application Streaming nicht virtualisieren, sondern nur umleiten, also die Dateien noch physikalisch vorhanden sind. Mit App-V 5 ist Microsoft aus Kompatibilitätsgründen (durch die Containerdatei) auf den gleichen Zug aufgesprungen. Eine App-V Anwendung liegt wieder im Dateisystem.

Anwendungsstreaming bedeutet, dass die Anwendung oder die Anwendungskomponenten im Bedarfsfall aus dem Netzwerk geladen werden, idealerweise nur die Komponenten, die tatsächlich notwendig sind. Das spart Platz auf den lokalen Systemen und beschleunigt die Verteilung von Anwendungen, da weniger Daten über das Netzwerk übertragen werden müssen. Bei der klassischen Installation muss eine Applikation vollständig installiert werden – das entfällt mit App-V und erfolgt nur, wenn eine vollständige Verteilung erwünscht wird.