La principal diferencia entre los sistemas operativos de 32 y 64 bits es el tipo de procesadores que admiten, lo que determina la cantidad de cálculos por segundo que pueden realizar. Además, los sistemas operativos de 32 bits solo pueden utilizar hasta 4 gigabytes de RAM, mientras que los sistemas de 64 bits admiten cantidades superiores a 4 GB.
Un sistema operativo de 64 bits admite procesadores de 64 bits que cuentan con múltiples núcleos, incluidos los procesadores de doble núcleo, de cuatro núcleos, de hexa-core y de octo-core. Cuanto mayor sea el número de núcleos, mayor será la potencia de procesamiento que tiene una CPU. Cuando se compara con un sistema de 32 bits, un sistema de 64 bits con el procesador de múltiples núcleos de 64 bits es más adecuado para manejar tareas difíciles, como la edición de video o la representación de imágenes.
Otra diferencia entre las dos versiones es que un sistema operativo de 32 bits solo puede ejecutar programas y utilizar controladores escritos específicamente para el conjunto de instrucciones de 32 bits, mientras que un sistema de 64 bits admite software escrito para la arquitectura de 64 bits, mientras que permitiendo que la computadora ejecute aplicaciones de 32 bits a través de la emulación de software. Un sistema operativo de 32 bits puede acceder a 2 ^ 32 bytes de memoria direccionable por bytes, mientras que la versión de 64 bits puede acceder a 2 ^ 64 bytes, lo que equivale a más de 18 quintillones de bytes.
A partir de 2014, los sistemas operativos de 64 bits son más comunes que los sistemas de 32 bits debido a la mayor disponibilidad de procesadores de 64 bits y su precio más barato. Desde que se lanzó la versión de 64 bits de Windows XP en 2001, Microsoft ha ofrecido versiones de 32 y 64 bits de sus sistemas operativos, incluidos Windows Vista, Windows 7 y Windows 8.