32 bit ve 64 bit işletim sistemleri arasındaki temel fark, destekledikleri işlemcilerin türü olup, gerçekleştirebilecekleri saniye başına hesaplama sayısını belirler. Ayrıca, 32 bit işletim sistemleri yalnızca 4 gigabayt RAM kullanabilirken, 64 bit sistemler 4 GB'ı aşan miktarları destekler.
64 bit işletim sistemi, çift çekirdekli, dört çekirdekli, altı çekirdekli ve sekiz çekirdekli işlemciler dahil olmak üzere birden fazla çekirdeğe sahip 64 bit işlemcileri destekler. Çekirdek sayısı arttıkça bir işlemcinin işlem gücü de artar. 32 bit sisteme kıyasla, uygun 64 bit çok çekirdekli işlemciye sahip 64 bit bir sistem, video düzenleme veya görüntü oluşturma gibi zor işleri yerine getirmek için daha uygundur.
İki sürüm arasındaki diğer bir fark, 32 bit işletim sisteminin yalnızca programları çalıştırabilir ve özel olarak 32 bit komut kümesi için yazılmış sürücüleri kullanabilmesidir, oysa 64 bit sistem 64 bit mimariye yönelik yazılan yazılımları desteklerken bilgisayarın yazılım öykünmesi yoluyla 32 bit uygulamaları çalıştırmasına izin vermek. 32 bitlik bir işletim sistemi 2 ^ 32 baytlık adreslenebilir belleğe erişebilirken, 64 bitlik sürüm 2 ^ 64 bayta erişebilir, bu da 18 milyon litreden fazladır.
2014'ten beri, 64 bit işlemcilerin daha fazla kullanılabilirliği ve daha ucuz fiyatları nedeniyle 64 bit işletim sistemleri 32 bit sistemlerden daha yaygındır. Windows XP’nin 64 bit sürümünden bu yana, 2001’de piyasaya sürüldüğü için, Microsoft, işletim sistemlerinin hem 32 bit hem de 64 bit sürümlerini (Windows Vista, Windows 7 ve Windows 8 dahil) sunmaktadır.
