Extension du jeu d'instructionsx86 (nommé x86-64) associé à un doublement du nombre de registres en mode 64 bits (Intel reprendra la quasi-totalité de cette nouvelle architecture sous le nom IA-32e, puis EM64T et enfin Intel 64 depuis )
Gravure SOI "Silicon On Insulator" (silicium sur isolant), une méthode qui permet de réduire la dissipation thermique du CPU
Il a été lancé fin 2003 sur socket 754 (gestion de la mémoire simple canal) avant de passer un an plus tard au socket 939 (gestion de la mémoire double canal).
La version dual core de l'Athlon 64 est nommée Athlon 64 X2 (disponible sur socket 939).
AMD lance son socket AM2, avec une augmentation du nombre de pins à 940 et le support de la DDR2 (800).
AMD décline toute sa gamme 939 sur AM2 en ajoutant un FX-62, un CPU Windsor Dual Core avec 2 * 1 024 Kio de cache L2 à 2 800 MHz.