超執行緒技術是在一顆CPU同時執行多個程式而共同分享一顆CPU內的資源，理論上要像兩顆CPU一樣在同一時間執行兩個執行緒，P4處理器需要多加入一個Logical CPU Pointer（邏輯處理單元）。因此新一代的P4 HT的die的面積比以往的P4增大了5%。而其餘部分如ALU（整數運算單元）、FPU（浮點運算單元）、L2 Cache（二級快取）則保持不變，這些部分是被分享的。

對支援多處理器功能的應用程式而言，超執行緒處理器被視為兩個分離的邏輯處理器。應用程式不須修正就可使用這兩個邏輯處理器。同時，每個邏輯處理器都可獨立響應中斷。第一個邏輯處理器可追蹤一個軟體執行緒，而第二個邏輯處理器則可同時追蹤另一個軟體執行緒。由於兩個執行緒共同使用同樣的執行資源，因此不會產生一個執行緒執行的同時，另一個執行緒閒置的狀況。 這種方式將會大為提升每個實體處理器中的執行資源使用率。

儘管提高CPU的時鐘頻率和增加快取容量後的確可以改善效能，但這樣的CPU效能提高在技術上存在較大的難度。實際上在應用中基於很多原因，CPU的執行單元都沒有被充分使用。如果CPU不能正常讀取資料（匯流排/記憶體的瓶頸），其執行單元利用率會明顯下降。另外就是目前大多數執行執行緒缺乏ILP（Instruction-Level Parallelism，多種指令同時執行）支援。這些都造成了目前CPU的效能沒有得到全部的發揮。因此，Intel則採用另一個思路去提高CPU的效能，讓CPU可以同時執行多重執行緒，就能夠讓CPU發揮更大效率，即所謂“超執行緒（Hyper-Threading，簡稱“HT”）”技術。超執行緒技術就是利用特殊的硬體指令，把兩個邏輯核心模擬成兩個物理晶片，讓單個處理器都能使用執行緒級平行計算，進而相容多執行緒作業系統和軟體，減少了CPU的閒置時間，提高的CPU的執行效率。

採用超執行緒及時可在同一時間裡，應用程式可以使用晶片的不同部分。雖然單執行緒晶片每秒鐘能夠處理成千上萬條指令，但是在任一時刻只能夠對一條指令進行操作。而超執行緒技術可以使晶片同時進行多執行緒處理，使晶片效能得到提升。

雖然採用超執行緒技術能同時執行兩個執行緒，但它並不象兩個真正的CPU那樣，每個CPU都具有獨立的資源。當兩個執行緒都同時需要某一個資源時，其中一個要暫時停止，並讓出資源，直到這些資源閒置後才能繼續。因此超執行緒的效能並不等於兩顆CPU的效能。

英特爾P4 超執行緒有兩個執行模式，Single Task Mode（單任務模式）及Multi Task Mode（多工模式），當程式不支援Multi-Processing（多處理器作業）時，系統會停止其中一個邏輯CPU的執行，把資源集中於單個邏輯CPU中，讓單執行緒程式不會因其中一個邏輯CPU閒置而減低效能，但由於被停止執行的邏輯CPU還是會等待工作，佔用一定的資源，因此Hyper-Threading CPU執行Single Task Mode程式模式時，有可能達不到不帶超執行緒功能的CPU效能，但效能差距不會太大。也就是說，當執行單執行緒運用軟體時，超執行緒技術甚至會降低系統性能，尤其在多執行緒作業系統執行單執行緒軟體時容易出現此問題。

需要注意的是，含有超執行緒技術的CPU需要晶片組、軟體支援，才能比較理想的發揮該項技術的優勢。目前支援超執行緒技術的晶片組包括如：英特爾i845GE、PE及矽統iSR658 RDRAM、SiS645DX、SiS651可直接支援超執行緒；i845E、i850E透過升級BIOS後可支援；P4X400、P4X400A可支援，但未獲得正式授權。如：Microsoft Windows XP、Microsoft Windows 2003，Linux kernel

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