Der Hauptunterschied zwischen 32-Bit- und 64-Bit-Betriebssystemen besteht in der Art der unterstützten Prozessoren, die die Anzahl der Berechnungen pro Sekunde bestimmt, die sie ausführen können. Darüber hinaus können 32-Bit-Betriebssysteme nur bis zu 4 Gigabyte RAM nutzen, während 64-Bit-Systeme Mengen über 4 GB unterstützen.
Ein 64-Bit-Betriebssystem unterstützt 64-Bit-Prozessoren mit mehreren Kernen, einschließlich Dual-Core-, Quad-Core-, Hexa-Core- und Octo-Core-Prozessoren. Je höher die Anzahl der Kerne, desto mehr Rechenleistung hat eine CPU. Im Vergleich zu einem 32-Bit-System ist ein 64-Bit-System mit dem entsprechenden 64-Bit-Mehrkernprozessor besser geeignet, um schwierige Aufgaben wie Videobearbeitung oder Bildwiedergabe zu bewältigen.
Ein weiterer Unterschied zwischen den beiden Versionen besteht darin, dass ein 32-Bit-Betriebssystem nur Programme ausführen und Treiber verwenden kann, die speziell für den 32-Bit-Befehlssatz geschrieben wurden, während ein 64-Bit-System Software unterstützt, die für die 64-Bit-Architektur geschrieben wurde, während Ermöglicht dem Computer, 32-Bit-Anwendungen durch Softwareemulation auszuführen. Ein 32-Bit-Betriebssystem kann auf 2^32 Bytes adressierbaren Speichers zugreifen, während die 64-Bit-Version auf 2^64 Bytes zugreifen kann, was über 18 Trillionen Bytes entspricht.
Ab 2014 sind 64-Bit-Betriebssysteme aufgrund der höheren Verfügbarkeit von 64-Bit-Prozessoren und des günstigeren Preises häufiger als 32-Bit-Systeme. Seit der Veröffentlichung der 64-Bit-Version von Windows XP im Jahr 2001 bietet Microsoft sowohl 32-Bit- als auch 64-Bit-Versionen seiner Betriebssysteme an, darunter Windows Vista, Windows 7 und Windows 8.