İkisi arasındaki en büyük fark hızdır. Pentium III işlemcilerinin maksimum hızı 1.33 gigahertz, Pentium 4 işlemcilerinin maksimum hızı 3.46 gigahertz'dir. Pentium III ve Pentium 4 işlemcilerinin her ikisi de Pentium işlemcilerin önceki ailelerinden.
İki işlemci tarafından elde edilebilecek maksimum hızdaki fark, bilgisayarın genel performansı üzerinde birçok sonuç doğurur. Özellikle, büyük miktarda belleğe sahip bir bilgisayar bir Pentium 4'ün hız kapasitesini kullandığında, grafik ve sayısal hesaplama işlemleri gibi uygulamalar işlenirken gözle görülür şekilde daha hızlı çalışır.
İki işlemcinin işgal ettiği teknoloji, mimari ve önbellek boyutunda birçok farklılıklar var. Pentium 4 işlemciler, aynı anda birden fazla işi daha verimli bir şekilde gerçekleştirmelerini sağlayan yerleşik “hiper iş parçacığı” teknolojisine sahiptir. Önbellek boyutu açısından, Pentium 4 işlemcilerin ortalama boyutu 512 kilobayt, Pentium III ise ortalama 256 kilobayt. Pentium 4 işlemciler Pentium III'ten oldukça küçüktür ve bu nedenle ikincisi normal olarak anakart üzerinde daha fazla yer kaplar. İki işlemcinin veri yolu mimarisi de farklıdır. Pentium III, maksimum 133 megahertz kapasiteli veri yoluna sahipken, Pentium 4 400 megahertz kapasitesine sahip.
