Välityspalvelimen välimuistia käytetään vähentämään aikaa, joka kuluu tietokoneverkkojen käyttäjille Internetin sisällön käyttämiseen. Kun verkonvalvojat ottavat välimuistin käyttöön, välityspalvelin tallentaa usein käytetyn sisällön, joten sen ei tarvitse ladata sisältöä Internetistä aina, kun käyttäjä sitä pyytää. Kun käyttäjä kirjoittaa Web -osoitteen verkkoselaimeen, pyyntö siirtyy välityspalvelimelle, joka etsii määritettyä materiaalia välimuististaan. Jos pyydettyjä tietoja ei löydy, se lähettää pyynnön Internetiin. Tämä voi säästää kaistanleveyttä ja lyhentää aikaa, jonka käyttäjän on odotettava sisältöä.
Välityspalvelimet voivat käyttää sekä passiivista että aktiivista välityspalvelimen välimuistia sisällön välimuistiin. Jos välityspalvelin ei löydä pyydettyä verkkosivustoa välimuististaan ja lataa sitten uuden kopion verkkopalvelimelta, se suorittaa passiivisen välimuistin. Aktiivinen välimuisti tapahtuu, kun välityspalvelin on käyttämättömänä ja tallentaa välimuistiin verkkosivuja, joita verkon käyttäjät käyttävät usein. Ottamalla aktiivisen välimuistin käyttöön verkonvalvojat voivat varmistaa, että välityspalvelimella on uusi kopio sisällöstä. Aktiivisen välimuistin haittapuoli on se, että se voi vaatia enemmän kaistanleveyttä eikä välttämättä sovellu palvelimille, joilla on kaistanleveysrajoituksia tai vaadittu seisokkiaika.
Välityspalvelimen välimuistista tallennetut tiedot eivät ole pysyviä, ja ne on päivitettävä säännöllisesti sen varmistamiseksi, että käyttäjät saavat sisällön uusimman version. Vaikka välimuistissa olevat objektit on päivitettävä, kun verkkosivuston sisältö muuttuu, niillä on myös vanhentumisaika. Kun kohde vanhenee, välityspalvelin tarkistaa verkkopalvelimelta saadakseen tietoja sisällön uusimmasta versiosta. Jos muutoksia tapahtuu, se lataa uuden kopion; Muussa tapauksessa sen ei tarvitse ladata sisältöä uudelleen ja päivittää vain vanhentumisajan. Välityspalvelimet ylläpitävät lokia näistä toiminnoista, jotta järjestelmänvalvojat voivat nähdä, kuinka usein palvelin nappaa uutta sisältöä ja kuinka usein käyttäjät käyttävät sisältöä suoraan välimuistista.
Välityspalvelimen välimuistilla on haittapuoli, koska se voi joskus vahingoittaa verkon suorituskykyä. Jos verkonvalvoja varaa palvelimelle liian vähän tilaa välimuistiin, palvelimen on poistettava kohteita välimuistista. Kohteet, jotka ovat vähiten käytettyjä tai jotka vanhenevat nopeimmin, poistetaan yleensä ensin, jotta saadaan lisää tilaa, kun tarve ilmenee.