Sự khác biệt chính giữa cả hai là tốc độ. Bộ xử lý Pentium III có tốc độ tối đa là 1,33 gigahertz trong khi bộ xử lý Pentium 4 có thể đạt được tốc độ tối đa là 3,46 gigahertz. Cả bộ vi xử lý Pentium III và Pentium 4 đều thuộc dòng vi xử lý Pentium trước đó.
Sự khác biệt về tốc độ tối đa mà hai bộ xử lý có thể đạt được có nhiều hậu quả đối với hiệu suất tổng thể của máy tính. Đáng chú ý, khi một máy tính được cài đặt với bộ nhớ đáng kể sử dụng dung lượng tốc độ của Pentium 4, nó sẽ hoạt động nhanh hơn đáng kể khi xử lý các ứng dụng như đồ họa và các hoạt động tính toán số.
Có nhiều điểm khác biệt khác, đặc biệt là về công nghệ, kiến trúc và kích thước bộ nhớ cache được sử dụng bởi hai bộ xử lý. Bộ vi xử lý Pentium 4 được tích hợp công nghệ “siêu phân luồng” cho phép chúng thực hiện đồng thời nhiều tác vụ hiệu quả hơn. Về kích thước bộ nhớ cache, bộ vi xử lý Pentium 4 có kích thước trung bình là 512 kilobyte, trong khi Pentium III có khả năng trung bình là 256 kilobyte. Bộ vi xử lý Pentium 4 nhỏ hơn đáng kể so với Pentium III, và do đó, bộ xử lý sau thường chiếm nhiều không gian hơn trên bo mạch chủ. Kiến trúc bus dữ liệu của hai bộ xử lý cũng khác nhau. Pentium III có bus dữ liệu với dung lượng tối đa là 133 megahertz, trong khi Pentium 4 có khả năng lên đến 400 megahertz.
