모든 펜티엄 4 CPU는 넷버스트 마이크로아키텍처를 기반으로 한다. 펜티엄 4 윌라멧(180nm)은 SSE2를 도입했으며, 프레스캇(90nm)은 SSE3 및 이후 64비트 기술을 도입했다. 이후 버전에서는 하이퍼 스레딩 기술(HTT)이 추가되었다.펜티엄 4 브랜드 프로세서 중 64비트를 처음으로 구현한 것은 프레스캇(90nm, 2004년 2월)이지만, 이 기능은 활성화되지 않았다. 인텔은 이후 "E0" 리비전의 프레스캇을 사용하여 64비트 펜티엄 4를 OEM 시장에 판매했으며, 이는 펜티엄 4 모델 F로 불렸다. E0 리비전은 인텔 64에 eXecute Disable(XD, 인텔의 NX 비트 이름)을 추가했다. 인텔 64(당시 EM64T라는 이름으로 알려짐)의 공식 출시가 일반 데스크톱 프로세서에서 이루..