A principal diferença entre os sistemas operacionais de 32 e 64 bits é o tipo de processador que eles suportam, o que determina o número de cálculos por segundo que eles são capazes de realizar. Além disso, os sistemas operacionais de 32 bits podem utilizar apenas até 4 gigabytes de RAM, enquanto os sistemas de 64 bits suportam mais de 4 GB.
Um sistema operacional de 64 bits oferece suporte a processadores de 64 bits que apresentam vários núcleos, incluindo processadores dual-core, quad-core, hexa-core e octo-core. Quanto maior o número de núcleos, maior o poder de processamento de uma CPU. Quando comparado a um sistema de 32 bits, um sistema de 64 bits com o processador multicore de 64 bits apropriado é mais adequado para lidar com tarefas difíceis, como edição de vídeo ou renderização de imagem.
Outra diferença entre as duas versões é que um sistema operacional de 32 bits só pode executar programas e utilizar drivers escritos especificamente para o conjunto de instruções de 32 bits, enquanto um sistema de 64 bits suporta software escrito para a arquitetura de 64 bits, enquanto permitindo que o computador execute aplicativos de 32 bits por meio de emulação de software. Um sistema operacional de 32 bits pode acessar 2 ^ 32 bytes de memória endereçável por byte, enquanto a versão de 64 bits pode acessar 2 ^ 64 bytes, o que equivale a mais de 18 quintilhões de bytes.
A partir de 2014, os sistemas operacionais de 64 bits são mais comuns do que os sistemas de 32 bits por causa da maior disponibilidade dos processadores de 64 bits e seu preço mais barato. Desde que a versão de 64 bits do Windows XP foi lançada em 2001, a Microsoft oferece versões de 32 e 64 bits de seus sistemas operacionais, incluindo Windows Vista, Windows 7 e Windows 8.