La principale différence entre les deux est la vitesse. Les processeurs Pentium III ont une vitesse maximale de 1,33 gigahertz tandis que les processeurs Pentium 4 peuvent atteindre des vitesses maximales de 3,46 gigahertz. Les processeurs Pentium III et Pentium 4 sont tous deux issus des premières familles de processeurs Pentium.
La différence de vitesses maximales pouvant être atteintes par les deux processeurs a de nombreuses conséquences sur les performances globales d'un ordinateur. Notamment, lorsqu'un ordinateur installé avec une mémoire considérable utilise la capacité de vitesse d'un Pentium 4, il fonctionnera sensiblement plus rapidement lors du traitement d'applications telles que les opérations graphiques et de calcul numérique.
Il existe de nombreuses autres différences notamment dans la technologie, l'architecture et la taille du cache occupée par les deux processeurs. Les processeurs Pentium 4 intègrent une technologie « hyper threading » qui leur permet d'effectuer simultanément plusieurs tâches plus efficacement. En termes de taille de cache, les processeurs Pentium 4 ont une taille moyenne de 512 kilo-octets, tandis que le Pentium III est capable de 256 kilo-octets en moyenne. Les processeurs Pentium 4 sont considérablement plus petits que les Pentium III, et donc ce dernier prend normalement plus de place sur la carte mère. L'architecture du bus de données des deux processeurs est également différente. Le Pentium III dispose d'un bus de données d'une capacité maximale de 133 mégahertz, tandis que le Pentium 4 est capable de jusqu'à 400 mégahertz.
