采用超線程及時可在同一時間里，應用程序可以使用芯片的不同部分。雖然單線程芯片每秒鐘能夠處理成千上萬條指令，但是在任一時刻只能夠對一條指令進行操作。而超線程技術可以使芯片同時進行多線程處理，使芯片性能得到提升。
超線程技術是在一顆CPU同時執行多個程序而共同分享一顆CPU內的資源，理論上要像兩顆CPU一樣在同一時間執行兩個線程，P4處理器需要多加入一個Logical CPU Pointer(邏輯處理單元)。因此新一代的P4 HT的die的面積比以往的P4增大了5%。而其余部分如ALU(整數運算單元)、FPU(浮點運算單元)、L2 Cache(二級緩存)則保持不變，這些部分是被分享的。
雖然采用超線程技術能同時執行兩個線程，但它并不象兩個真正的CPU那樣，每個CPU都具有獨立的資源。當兩個線程都同時需要某一個資源時，其中一個要暫時停止，并讓出資源，直到這些資源閑置后才能繼續。因此超線程的性能并不等于兩顆CPU的性能。
英特爾P4 超線程有兩個運行模式，Single Task Mode(單任務模式)及Multi Task Mode(多任務模式)，當程序不支持Multi-Processing(多處理器作業)時，系統會停止其中一個邏輯CPU的運行，把資源集中于單個邏輯CPU中，讓單線程程序不會因其中一個邏輯CPU閑置而減低性能，但由于被停止運行的邏輯CPU還是會等待工作，占用一定的資源，因此Hyper-Threading CPU運行Single Task Mode程序模式時，有可能達不到不帶超線程功能的CPU性能，但性能差距不會太大。也就是說，當運行單線程運用軟件時，超線程技術甚至會降低系統性能，尤其在多線程操作系統運行單線程軟件時容易出現此問題。
