V sami arhitekturi 64-bitnih procesorjev Athlon 64 in Pentium 4 je razlik pravzaprav malo. 64-bitni programski opremi je na voljo 16 64-bitnih registrov v procesorju (prej osem 32-bitnih). Še pomembnejši je verjetno prehod na 64-bitno naslavljanje pomnilnika. 32-bitni Windows XP zmore naslavljati do 4 GB pomnilnika, pri čemer noben proces ne more imeti dostopa do več kot 2 GB izmed štirih, ki so največ na voljo. Pri Windows XP x64 je glavnega pomnilnika lahko 32 GB, navidezni pomnilnik pa lahko obsega kar 16 terabajtov.