Der Hauptunterschied zwischen den beiden ist die Geschwindigkeit. Pentium III-Prozessoren haben eine maximale Geschwindigkeit von 1,33 Gigahertz, während Pentium 4-Prozessoren eine maximale Geschwindigkeit von 3,46 Gigahertz erreichen können. Sowohl Pentium III- als auch Pentium 4-Prozessoren stammen aus den früheren Pentium-Prozessorfamilien.
Der Unterschied der maximalen Geschwindigkeiten, die von den beiden Prozessoren erreicht werden können, hat viele Auswirkungen auf die Gesamtleistung eines Computers. Insbesondere wenn ein Computer mit beträchtlichem Speicher die Geschwindigkeitskapazität eines Pentium 4 nutzt, wird er bei der Verarbeitung von Anwendungen wie Grafiken und numerischen Rechenoperationen merklich schneller.
Es gibt viele andere Unterschiede, insbesondere in Bezug auf Technologie, Architektur und Cache-Größe, die von den beiden Prozessoren belegt werden. Pentium 4-Prozessoren verfügen über eine integrierte „Hyper-Threading“-Technologie, mit der sie mehrere Aufgaben gleichzeitig effizienter ausführen können. In Bezug auf die Cachegröße haben Pentium-4-Prozessoren eine durchschnittliche Größe von 512 Kilobyte, während Pentium III im Durchschnitt 256 Kilobyte groß ist. Pentium-4-Prozessoren sind deutlich kleiner als Pentium III, sodass letzterer normalerweise mehr Platz auf dem Motherboard einnimmt. Auch die Datenbusarchitektur der beiden Prozessoren ist unterschiedlich. Pentium III hat einen Datenbus mit einer maximalen Kapazität von 133 Megahertz, während Pentium 4 bis zu 400 Megahertz fähig ist.