O TDMA (IS-136) foi padronizado para a faixa de 800 MHz e 1900 MHz alocada posteriormente para sistemas celulares nos Estados Unidos.  Mantém toda a estrutura de canalização do AMPS mas permite que um canal seja compartilhado no tempo por vários usuários através de múltiplo acesso por divisão no tempo (TDMA).

A estrutura de transmissão de dados é implementada através de um frame de 40 ms com 6 intervalos (Slots) de tempo com 6,66 ms cada. Cada chamada telefônica utiliza dois intervalos de tempo sendo, portanto, possíveis até 3 conversações utilizando a mesma banda de 30 kHz de um canal de voz do AMPS.

Cada conversação tem uma taxa bruta de 16,2 kbit/s e a modulação utilizada no canal é do tipo 4-DPSK.

O canal de controle no TDMA (IS-136) é digital e permite a implantação de serviços de mensagens curtas (SMS). Uma versão anterior do TDMA, o IS-54, apresentava canal de controle analógico.

O TDMA (IS-136) permitiu oferecer dezenas de serviços suplementares, tais como identificação do número chamador, chamada em espera, siga-me e conferência.

A transmissão digital do TDMA e outros sistemas de segunda geração, como o GSM e o CDMA (IS-95), permitem uma considerável economia de energia em relação ao AMPS, pois não precisam estar transmitindo de forma contínua. Esta característica, aliada a evolução da tecnologia de baterias dos terminais móveis, possibilitou um grande incremento no tempo de operação dos terminais sem necessidade de recarga.

As operadoras que adotavam o AMPS migraram para o TDMA (IS-136) ou CDMA (IS-95) ao redor dos anos de 1997 e 1998.

As operadoras que adotam o TDMA (IS-136) não têm a sua disposição uma transição suave para a terceira geração (3G) de sistemas celulares que possibilita o oferecimento de serviços de dados com altas taxas de bits. Deverão, portando, escolher um dos dois caminhos disponíveis: GSM/GPRS ou CDMA 2000.