La principale differenza tra i due è la velocità. I processori Pentium III hanno una velocità massima di 1.33 gigahertz, mentre i processori Pentium 4 possono raggiungere velocità massime di 3.46 gigahertz. Entrambi i processori Pentium III e Pentium 4 provengono dalle precedenti famiglie di processori Pentium.
La differenza delle velocità massime che possono essere raggiunte dai due processori ha molte conseguenze sulle prestazioni complessive di un computer. In particolare, quando un computer installato con una notevole quantità di memoria utilizza la capacità di velocità di un Pentium 4, sarà notevolmente più veloce durante l'elaborazione di applicazioni come operazioni grafiche e di elaborazione numerica.
Ci sono molte altre differenze in particolare nella tecnologia, nell'architettura e nella dimensione della cache occupata dai due processori. I processori Pentium 4 dispongono della tecnologia "hyper threading" integrata che consente loro di eseguire contemporaneamente più attività in modo più efficiente. In termini di dimensioni della cache, i processori Pentium 4 hanno una dimensione media di 512 kilobyte, mentre il Pentium III è in grado di 256 kilobyte in media. I processori Pentium 4 sono considerevolmente più piccoli del Pentium III, quindi il secondo occupa normalmente più spazio sulla scheda madre. Anche l'architettura del bus dati dei due processori è diversa. Pentium III ha un bus dati con una capacità massima di 133 megahertz, mentre il Pentium 4 è in grado di supportare fino a 400 megahertz.
