64-розрядний процесор - це той, який обробляє (або може обробляти) 64 біт даних в одній операції (наприклад, додавання двох регістрів, кожен з яких містить 64-розрядні цілі числа, або доступ до пам'яті через 64-розрядний покажчик).
64-розрядна операційна система є такою, яка компілюється для того, щоб скористатися 64-розрядними інструкціями, наданими 64-розрядним процесором, і тому не буде працювати на процесорі, який не підтримує ці інструкції. Однією з переваг 64-розрядних Windows, наприклад, є те, що вона може скористатися перевагою більшої фізичної пам'яті, ніж 32-розрядна версія Windows.
Багато 64-розрядні процесори мають також 32-розрядні інструкції, які дозволяють запускати або 32-розрядну, або 64-розрядну операційну систему.