Bộ xử lý lõi kép hoặc đa lõi hoạt động bằng cách kết hợp hai lõi vật lý thành một đơn vị xử lý trung tâm, cho phép CPU xử lý nhiều luồng dữ liệu cùng một lúc. Lõi của CPU là phần thực hiện tất cả các công việc thực tế. Theo một nghĩa nào đó, bộ xử lý lõi kép giống như có hai CPU lõi đơn trong cùng một máy tính; tuy nhiên, vì chúng được kết nối trực tiếp với nhau nên chúng có thể làm việc cùng nhau hiệu quả hơn nữa.
Để bộ xử lý lõi kép hoạt động, phần mềm cần biết cách gửi luồng thông tin đến cả hai lõi để xử lý. Một số ứng dụng hiệu quả hơn nhiều với bộ vi xử lý đa lõi so với những ứng dụng khác. Tương tự, phần cứng và phần mềm điều hành của máy tính cần tương thích với bộ xử lý lõi kép.
Ngay cả khi một ứng dụng nhất định không sử dụng đáng kể (các) lõi bổ sung, máy tính có bộ xử lý đa lõi vẫn chạy nhanh hơn vì nó có thể xử lý các luồng từ nhiều ứng dụng cùng một lúc.
Mặc dù CPU lõi kép có sức mạnh xử lý gấp đôi so với CPU lõi đơn, nhưng nó thường không hoạt động nhanh hơn gấp đôi. Trong thực tế, các bộ vi xử lý lõi kép đạt được hiệu suất tăng khoảng 50% so với các bộ xử lý lõi đơn tương tự. Tuy nhiên, gần như tất cả các hoạt động đều đạt được ít nhất một số lợi ích từ bộ xử lý lõi kép.
