这个处理器的时钟频率通常是由晶体振荡器的频率决定的。在一个时钟脉冲后，处理器的信号线需要时间稳定它的新状态。如果上一个脉冲的信号还没有处理完成，而下一个时钟脉冲来的太快（在所有信号线完成从0到1或者从1到0的转换前），就会产生错误的结果。芯片制造商制定了“最高时钟频率”的规范，并且在出售芯片之前对它们进行测试确保它们符合“最高时钟频率”的规范。测试将执行最复杂的指令，处理最复杂的数据模型确定使用的最长处理时间（测试在最合适的电压和稳定保证处理器在最低性能下运行），保证最高时钟频率时不会发生冲突。
因此，早年间时钟频率几乎是唯一评判处理器性能的依据，例如1990年代，大多数电脑的性能如何判断快慢，主要就依靠处理器频率，100MHz就是比90MHz的处理器性能快。时至今日它依然是判断处理器性能的重要标准之一，但不是唯一了。
多核心
让更多的核心参与到计算中来用以提高系统性能，是近年来处理器的“标准配置”，单核心处理器早已走入历史舞台。多核心处理器的开端其实要追溯到2000年，当时IBM发布了Power4处理器，这是世界上第一个双核心处理器产品。由于多核心处理器具有高主频、设计和验证周期短、控制逻辑简单、扩展性好、易于实现、功耗低和通信延迟低等优点，因此它得以迅速成为处理器“标配”。此外，多核心处理器还能充分利用不同应用的指令级并行和线程级并行，具有较高线程级并行性的应用可以很好地利用这种结构来提高性能。
但是，如何发挥多核心处理器的性能，还需要软件优化，比如有些应用可以最大限度调度所有处理器核心参与到计算中，而部分应用只会调用到4至6个核心，所以，单一核心的绝对性能依旧是当前最重要的。
超线程
然而这还不够，如何让每一份电力供应都能转换为性能，让处理器的工作尽可能“满坑满谷”，提高执行效率一直是人们的追求。一般来说，单个时间单位内，一个处理器核心一次只能执行个线程的工作。如果想并行工作，提升效率，似乎只能是使用更多的核心。这样一来效率并不是很高，如何进一步“压榨”处理器呢？那就要使用超线程技术了。超线程技术说简单一些，就是在单位时间内，一个核心可以处理两个线程的工作，单核心模拟双核心执行双线程运作，用以提升执行效率。
Intel在奔腾处理器上就开始引入超标量、乱序执行、大量的寄存器及寄存器重命名、多指令解码器、预测执行等特性，这些特性的原理是让处理器拥有大量资源，并可以预先执行及平行执行指令，以增加指令执行效率，可是在现实中这些资源经常闲置。为了尽可能的利用处理器资源，于是在现有单核心的基础上，只增加必要的资源，让闲置的处理器核心资源模拟第二个线程，这就是超线程的由来。这个必要的资源其实非常少，只是在一个核心内增加一个逻辑处理器单元，而整数逻辑单元、浮点运算器、缓存依旧共享同一个核心资源。
