Sự khác biệt chính giữa hệ điều hành 32 bit và 64 bit là loại bộ xử lý chúng hỗ trợ, xác định số lượng phép tính mỗi giây mà chúng có thể thực hiện. Hơn nữa, hệ điều hành 32 bit chỉ có thể sử dụng tối đa 4 GB RAM, trong khi hệ điều hành 64 bit hỗ trợ dung lượng trên 4 GB.
Hệ điều hành 64 bit hỗ trợ bộ xử lý 64 bit có nhiều lõi, bao gồm bộ xử lý lõi kép, lõi tứ, lõi sáu và lõi octo. Số lõi càng cao thì CPU càng có nhiều sức mạnh xử lý. Khi so sánh với hệ thống 32 bit, hệ thống 64 bit với bộ xử lý đa lõi 64 bit thích hợp hơn để xử lý các tác vụ khó, chẳng hạn như chỉnh sửa video hoặc kết xuất hình ảnh.
Một sự khác biệt khác giữa hai phiên bản là hệ điều hành 32 bit chỉ có thể chạy các chương trình và sử dụng trình điều khiển được viết riêng cho tập lệnh 32 bit, trong khi hệ thống 64 bit hỗ trợ phần mềm được viết cho kiến trúc 64 bit trong khi cho phép máy tính chạy các ứng dụng 32-bit thông qua mô phỏng phần mềm. Hệ điều hành 32 bit có thể truy cập 2 ^ 32 byte bộ nhớ định địa chỉ byte, trong khi phiên bản 64 bit có thể truy cập 2 ^ 64 byte, tương đương hơn 18 nghìn tỷ byte.
Kể từ năm 2014, hệ điều hành 64 bit phổ biến hơn hệ thống 32 bit do tính khả dụng nhiều hơn của bộ xử lý 64 bit và giá thành rẻ hơn. Kể từ khi phiên bản Windows XP 64 bit được phát hành vào năm 2001, Microsoft đã cung cấp cả phiên bản 32 bit và 64 bit cho các hệ điều hành của mình, bao gồm Windows Vista, Windows 7 và Windows 8.
