O .Net deriva das idéias do JAVA.
A Sun que enfrentava dificuldades ao ter que lidar com muitas plataformas desenvolveu o conceito: "Write once run everywhere": "escreva uma vez e rode em qualquer lugar".
Como seria possível rodar o mesmo código num chip embarcado e num x64? A solução na época (e o java até hoje é assim), foi abstrair a linguagem de programação, o desenvolvedor escreve o programa numa linguagem genérica, esse código é compilado em um bytecode intermediário, e distribui-se esse bytecode.
Ao executar um programa JAVA, a máquina java (jre, java runtime environment, que é específico da plataforma) converte o bytecode para código nativo, carrega na memória, seta o ponteiro de execução e pronto, você tem o seu código nativo executando em múltiplas plataformas.
No final você acaba tendo:
1 compilador de JAVA.
1 bytecode intermediário
n ambientes de runtime (um para cada plataforma)
Ao invés de ter n compiladores para cada plataforma.
Realmente não vejo grande vantagem nisso, do ponto de vista de engenharia, se comparado a ter n compiladores. Na verdade há um revés: os programas demoram mais a iniciar.
A Microsoft seguiu esse modelo, porém adaptou o conteito para várias linguagens:
n compiladores (um para cada linguagem).
1 linguagem intermediária
m ambientes de runtime (um para cada plataforma)
A vantagem disso é ter: n+m programas, caso tivesse um compilador para cada par (linguagem, plataforma) resultaria em n*m programas.
O que se instala no Linux para rodar aplicativos .Net Core é o ambiente de runtime, mas é possível gerar um programa compilado com o runtime embutido (que te gera um programa bem grande).
O ambiente de runtime chama as funções nativas quando necessário e lida com ponteiros e handlers do sistema operacional.
Há grande ansiedade por parte dos desenvolvedores em se gerar código nativo a partir do .Net, e esse é um dos fatores de decisão ao se escolher uma linguagem/compilador.