Diferența principală dintre sistemele de operare pe 32 de biți și 64 de biți este tipul de procesoare pe care îl suportă, ceea ce determină numărul de calcule pe secundă pe care le pot efectua. Mai mult, sistemele de operare pe 32 de biți pot utiliza doar până la 4 gigaocteți de memorie RAM, în timp ce sistemele pe 64 de biți suportă cantități de peste 4 GB.
Un sistem de operare pe 64 de biți acceptă procesoare pe 64 de biți care au mai multe nuclee, inclusiv procesoare dual-core, quad-core, hexa-core și octo-core. Cu cât este mai mare numărul de nuclee, cu atât are mai multă putere de procesare pe care o are un procesor. În comparație cu un sistem pe 32 de biți, un sistem pe 64 de biți cu procesor multi-core pe 64 de biți este mai potrivit pentru a face față unor sarcini dificile, cum ar fi editare video sau randare de imagini.
O altă diferență între cele două versiuni constă în faptul că un sistem de operare pe 32 de biți poate să ruleze numai programe și să utilizeze drivere scrise special pentru setul de instrucțiuni pe 32 de biți, în timp ce un sistem pe 64 de biți acceptă software scris pentru arhitectura pe 64 de biți permițând computerului să execute aplicații pe 32 de biți prin emularea software-ului. Un sistem de operare pe 32 de biți poate accesa 2 ^ 32 octeți de memorie octetabilă, în timp ce versiunea pe 64 de biți poate accesa 2 ^ 64 octeți, ceea ce reprezintă peste 18 octeți quintillion.
Începând cu 2014, sistemele de operare pe 64 de biți sunt mai frecvente decât sistemele pe 32 de biți datorită disponibilității mai mari a procesoarelor pe 64 de biți și prețului lor mai ieftin. Deoarece versiunea pe 64 de biți Windows XP a fost lansată în 2001, Microsoft a oferit atât versiunile pe 32 de biți, cât și cele pe 64 de biți ale sistemelor de operare, inclusiv Windows Vista, Windows 7 și Windows 8.
