Hệ thống đơn xử lý có một bộ xử lý máy tính duy nhất, trong khi hệ thống đa xử lý có hai hoặc nhiều hơn. Thuật ngữ "đa lõi" cũng được sử dụng để mô tả hệ thống đa xử lý. Hệ thống đa xử lý có thể dẫn đến hiệu suất tốt hơn, mặc dù chúng phải được quản lý cẩn thận để khai thác hết sức mạnh của chúng.
Các giới hạn vật lý thường giới hạn tốc độ hoạt động của một thiết kế bộ xử lý cụ thể. Ví dụ, Intel ban đầu muốn sản xuất chip dựa trên thiết kế Pentium 4 của họ để hoạt động ở tốc độ 10 GHz, nhưng các vấn đề về tản nhiệt đã giới hạn các chip này chỉ ở mức 3,8 GHz. Hệ thống đa bộ xử lý cho phép bộ xử lý sử dụng nhiều không gian hơn, giúp tản nhiệt tốt hơn.
Tuy nhiên, máy tính hiếm khi có thể khai thác hết sức mạnh do các hệ thống đa lõi cung cấp. Các phép tính không thể được chia thành hai phần riêng biệt chỉ có thể chạy trên một bộ xử lý. Trong một số trường hợp, một bộ xử lý có thể phải đợi thông tin được tính toán trên một bộ xử lý khác trước khi tiếp tục. Định luật Amdahl, được trình bày lần đầu tiên vào năm 1967, chứng minh rằng kết quả mong đợi trong thế giới thực dẫn đến lợi nhuận giảm dần khi nhiều bộ xử lý được thêm vào một hệ thống.
Bất chấp những hạn chế này, hệ thống đa xử lý vẫn phổ biến trên các thiết bị tinh vi. Điện thoại thông minh có thể dành một bộ xử lý để xử lý các cuộc gọi điện thoại trong khi sử dụng các bộ xử lý khác cho các ứng dụng và tương tác của người dùng, điều này đảm bảo rằng các tài nguyên cần thiết để xử lý các cuộc gọi điện thoại luôn có sẵn bất kể người dùng đang làm gì.
