La principale differenza tra i sistemi operativi a 32 e 64 bit è il tipo di processori supportati, che determina il numero di calcoli al secondo che sono in grado di eseguire. Inoltre, i sistemi operativi a 32 bit possono utilizzare solo fino a 4 gigabyte di RAM, mentre i sistemi a 64 bit supportano quantità superiori a 4 GB.
Un sistema operativo a 64 bit supporta processori a 64 bit con più core, inclusi processori dual-core, quad-core, hexa-core e octo-core. Maggiore è il numero di core, maggiore è la potenza di elaborazione di una CPU. Se confrontato con un sistema a 32 bit, un sistema a 64 bit con il processore multicore a 64 bit appropriato è più adatto a gestire attività difficili, come l'editing di video o il rendering di immagini.
Un'altra differenza tra le due versioni è che un sistema operativo a 32 bit può solo eseguire programmi e utilizzare driver scritti appositamente per il set di istruzioni a 32 bit, mentre un sistema a 64 bit supporta software scritto per l'architettura a 64 bit consentendo al computer di eseguire applicazioni a 32 bit tramite l'emulazione software. Un sistema operativo a 32 bit può accedere a 2 ^ 32 byte di memoria indirizzabile per byte, mentre la versione a 64 bit può accedere a 2 ^ 64 byte, che equivale a oltre 18 quintilioni di byte.
A partire dal 2014, i sistemi operativi a 64 bit sono più comuni dei sistemi a 32 bit a causa della maggiore disponibilità dei processori a 64 bit e del loro prezzo più conveniente. Poiché la versione a 64 bit di Windows XP è stata rilasciata nel 2001, Microsoft ha offerto versioni a 32 e 64 bit dei suoi sistemi operativi, tra cui Windows Vista, Windows 7 e Windows 8.
