PCB רב-שכבתי היא שכבת ניתוב רב-שכבתית, עם שכבה דיאלקטרית בין כל שתי שכבות, שניתן לעשותה דקה מאוד. PCB רב שכבתי כולל לפחות שלוש שכבות מוליכות, שתיים מהן נמצאות על פני השטח החיצוניים והשארית מסונתזת לתוך לוחית הבידוד. החיבור החשמלי ביניהם הוא בדרך כלל דרך החור המצופה בחתך הרוחב של המעגל. ה-PCB קובע את קושי התהליך ואת מחיר העיבוד בהתאם למספר משטחי החיווט. ניתן לחלק את ה-PCB הרגיל לחיווט חד-צדדי ודו-צדדי, הידוע בדרך כלל כחיווט חד-פאנל וכפול. עם זאת, בשל גורמי עיצוב שטח המוצר, מוצרים אלקטרוניים מתקדמים יכולים לכסות חיווט רב-שכבתי בנוסף לחיווט פני השטח. במהלך תהליך הייצור, לאחר יצירת כל שכבת חיווט, ניתן למקם אותו באמצעות מכשירים אופטיים. לכידות מאפשרת שכבות מרובות של קווים בלוח מעגל אחד. ניתן להתייחס ל-PCB רב שכבתי כל לוח מעגלים עם שכבה גדולה או שווה ל-2.

PCB רב שכבתי יכול לשמש ליישומים בתדר גבוה, אינם רגישים לשינויים סביבתיים ויש להם תכונות דיאלקטריות יציבות. לוחות מעגלים מודפסים רב-שכבתיים המתאימים לטווחי תדרים גבוהים כוללים לפחות שני מעגלים מודפסים עם מבנים דביקים בין-שכבתיים בשכבות האמצעיות שלהם. לפחות אחד משני המעגלים המודפסים הללו כולל: סרט בידוד, שכבת דבק המכילה פוליאמיד תרמופלסטי מסודרת על משטח אחד לפחות של הסרט הבידוד. ושכבת קו מתכת מונחת על שכבת הדבק. רכיב הדבק הבין-שכבתי מכיל פוליאמיד תרמופלסטי.

צפיפות האריזה המוגברת של מעגלים משולבים גורמת לריכוז גבוה של חיבורים, מה שהופך את השימוש במספר מצעים הכרחי. בפריסת המעגל המודפס התרחשו בעיות תכנון בלתי צפויות כגון רעש, קיבול תועה, הצלבה וכו'. לכן, התכנון של מעגלים מודפסים חייב להתמקד במזעור אורך קווי האות והימנעות ממסלולים מקבילים. ברור שבפאנל בודד, או אפילו בפאנל כפול, לא ניתן לענות על דרישות אלו בצורה משביעת רצון בשל המספר המצומצם של הצלבות שניתן להשיג. על מנת להשיג ביצועים משביעי רצון במספר רב של דרישות חיבור והצלבה, על המעגל המודפס להרחיב את הלוח ליותר משתי שכבות, וכתוצאה מכך הופעת PCB רב שכבתי, כך שהכוונה המקורית של ייצור PCB רב שכבתי היא לספק יותר חופש בבחירת נתיב ניתוב מתאים עבור מעגלים אלקטרוניים מורכבים ורגישים לרעש.