โปรเซสเซอร์แบบมัลติคอร์เป็นวงจรรวมที่ใช้โปรเซสเซอร์หรือคอร์ตั้งแต่สองตัวขึ้นไปในการจัดการข้อมูล แกนสามารถต่อเข้ากับวงจรรวมหนึ่งตัวหรือรวมเข้าไปในแม่พิมพ์แยกต่างหากในแพ็คเกจชิป แต่ละแกนมีแคชของตัวเองและแต่ละแกนมีความสามารถในการประมวลผลข้อมูลแยกต่างหาก
ข้อดีของโปรเซสเซอร์แบบมัลติคอร์คือความเร็วที่เพิ่มขึ้น โปรเซสเซอร์แบบคอร์เดี่ยวเก็บข้อมูลบางอย่างในแคชและเมื่อต้องการข้อมูลภายนอกแคชจะต้องดึงข้อมูลจากที่อื่นเช่นหน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม (RAM) เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นความเร็วโปรเซสเซอร์จะช้าลงเป็นความเร็วสูงสุดของ RAM หรืออุปกรณ์เก็บข้อมูลอื่น ความเร็วนี้มักจะช้ากว่าความเร็วโปรเซสเซอร์มาก
โปรเซสเซอร์แบบมัลติคอร์นั้นเร็วกว่าเพราะแต่ละคอร์สามารถจัดการกับกระแสข้อมูลของตัวเองได้ ในขณะที่ตัวประมวลผลแบบมัลติคอร์ยังคงเลือกแคชข้อมูลและดึงข้อมูลที่ไม่ใช่แคชจากที่เก็บข้อมูลอื่น ๆ แกนหรือแกนเพิ่มเติมสามารถดำเนินการตามคำสั่งและรับข้อมูลด้วยความเร็วหน่วยประมวลผลปกติในขณะที่ตัวประมวลผลอื่นกำลังดึงข้อมูลที่จำเป็น วิธีนี้ทั้งระบบไม่จำเป็นต้องช้าลงในขณะที่ดึงข้อมูล
โปรเซสเซอร์แบบมัลติคอร์มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับมัลติทาสก์ซึ่งแต่ละโปรแกรมมีมากกว่าหนึ่งโปรแกรมที่ให้บริการชุดข้อมูลสำหรับการประมวลผล สตรีมข้อมูลที่แยกต่างหากสามารถจัดการได้ด้วยแกนประมวลผลที่แตกต่างกันเพิ่มความเร็วในการประมวลผลโดยรวม เพื่อให้โปรแกรมซอฟต์แวร์เดียวสามารถใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีมัลติคอร์ได้นั้นจะต้องมีเทคโนโลยีมัลติเธรดพร้อมกัน (SMT) ที่ช่วยให้สามารถส่งชุดคำสั่งแบบขนานเพื่อให้หลายคอร์ใช้งานได้
โปรเซสเซอร์มัลติคอร์ตัวแรกที่มีวางจำหน่ายทั่วไปคือโปรเซสเซอร์ดูอัลคอร์ นอกจากนี้ยังมีโปรเซสเซอร์แบบมัลติคอร์ที่มีสี่, หกและแปดคอร์ อย่างไรก็ตามเมนบอร์ดจำนวนมากไม่สามารถจัดการกับคอร์จำนวนมากได้ ระบบมัลติคอร์สามารถเป็นเนื้อเดียวกันโดยใช้คอร์ที่เหมือนกันทั้งหมดหรือต่างกันโดยใช้คอร์ที่ไม่เหมือนกัน
แม้ว่าตัวประมวลผลแบบมัลติคอร์มีจุดประสงค์เพื่อเพิ่มความเร็วโดยรวมและประสิทธิภาพ แต่ไม่ใช่ทุกโปรแกรมที่ใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีการประมวลผลแบบมัลติคอร์ หลายโปรแกรมและแม้แต่ระบบปฏิบัติการบางระบบยังขาด SMT ที่จำเป็นในการใช้คอร์ประมวลผลมากกว่าหนึ่งคอร์ ระบบปฏิบัติการที่ใช้การประมวลผลแบบมัลติคอร์ไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อเพิ่มศักยภาพในการประมวลผลแบบมัลติคอร์เสมอไปดังนั้นความสามารถในการประมวลผลแบบเต็มรูปแบบมักจะไม่เกิดขึ้นจริง
หน่วยประมวลผลแบบมัลติคอร์มีแนวโน้มที่จะผลิตความร้อนได้มากกว่าตัวประมวลผลแบบแกนเดียวทำให้เกิดความท้าทายในการจัดการความร้อน ปริมาณความร้อนที่ผลิตโดยหน่วยประมวลผลมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นชี้แจงกับแต่ละแกนเพิ่มเติม อุณหภูมิสูงอาจทำให้โปรเซสเซอร์ร้อนเกินไปสร้างปัญหาการปฏิบัติงานและความเสี่ยงด้านความปลอดภัย ผู้ผลิตหน่วยประมวลผลต้องลงทุนเวลาและเทคโนโลยีเป็นจำนวนมากในการสร้างวิธีแก้ปัญหาด้านความร้อนที่โปรเซสเซอร์หลายคอร์นำเสนอ
