A principal diferença entre os dois é a velocidade. Os processadores Pentium III têm uma velocidade máxima de 1,33 gigahertz, enquanto os processadores Pentium 4 podem atingir velocidades máximas de 3,46 gigahertz. Os processadores Pentium III e Pentium 4 são das famílias anteriores de processadores Pentium.
A diferença nas velocidades máximas que podem ser alcançadas pelos dois processadores tem muitas consequências no desempenho geral de um computador. Notavelmente, quando um computador instalado com memória considerável utiliza a capacidade de velocidade de um Pentium 4, ele terá um desempenho notavelmente mais rápido ao processar aplicativos como gráficos e operações de computação numérica.
Existem muitas outras diferenças, particularmente na tecnologia, arquitetura e tamanho do cache ocupado pelos dois processadores. Os processadores Pentium 4 possuem tecnologia “hyper threading” integrada que permite que eles executem simultaneamente várias tarefas com mais eficiência. Em termos de tamanho de cache, os processadores Pentium 4 têm um tamanho médio de 512 kilobytes, enquanto o Pentium III é capaz de 256 kilobytes em média. Os processadores Pentium 4 são consideravelmente menores do que o Pentium III e, portanto, o último normalmente ocupa mais espaço na placa-mãe. A arquitetura do barramento de dados dos dois processadores também é diferente. O Pentium III tem um barramento de dados com capacidade máxima de 133 megahertz, enquanto o Pentium 4 é capaz de até 400 megahertz.