Diferența majoră dintre cele două este viteza. Procesoarele Pentium III au o viteză maximă de 1,33 gigahertz, în timp ce procesoarele Pentium 4 pot atinge viteze maxime de 3,46 gigahertzi. Atât procesoarele Pentium III cât și Pentium 4 provin din familii anterioare de procesoare Pentium.
Diferența dintre vitezele maxime care pot fi obținute de cele două procesoare are multe consecințe asupra performanței globale a unui computer. În special, atunci când un computer instalat cu o memorie considerabilă utilizează capacitatea de viteză a unui Pentium 4, acesta va funcționa considerabil mai rapid atunci când procesează aplicații, cum ar fi operațiile grafice și computerele numerice.
Există multe alte diferențe, în special în ceea ce privește tehnologia, arhitectura și dimensiunea memoriei cache ocupate de cei doi procesatori. Procesoarele Pentium 4 au o tehnologie "hibridă" care le permite să efectueze simultan mai multe sarcini mai eficient. În ceea ce privește dimensiunea memoriei cache, procesoarele Pentium 4 au o dimensiune medie de 512 kilobyte, în timp ce Pentium III este capabil de 256 kilobytes în medie. Procesoarele Pentium 4 sunt considerabil mai mici decât Pentium III, astfel încât acestea din urmă ocupă în mod normal mai mult spațiu pe placa de bază. Arhitectura magistralei de date a celor două procesoare este diferită. Pentium III are un autobuz de date cu o capacitate maximă de 133 megahertzi, în timp ce Pentium 4 este capabil de până la 400 megahertzi.
