Przetwarzanie wielordzeniowe odnosi się do użycia wielu mikroprocesorów, zwanych „rdzeniami”, które są wbudowane w jedną krzemową matrycę. Chip jest montowany na płycie głównej komputera dokładnie w taki sam sposób, jak tradycyjny procesor. Nie ma nic nowego w koncepcji łączenia procesorów w łańcuchy, techniki znanej jako wieloprocesowe; jednak procesor wielordzeniowy jest nieco inny. Procesor wielordzeniowy działa jak pojedyncza jednostka. Jako taki, jest bardziej wydajny i tworzy ustandaryzowaną platformę, dla której można łatwo tworzyć masowo produkowane oprogramowanie.
Konstrukcja procesora wielordzeniowego pozwala każdemu rdzeniowi komunikować się z pozostałymi, dzięki czemu zadania przetwarzania mogą być odpowiednio dzielone i delegowane. Jednak faktyczna delegacja jest podyktowana oprogramowaniem. Po zakończeniu zadania przetworzone informacje ze wszystkich rdzeni są zwracane na płytę główną przez jeden wspólny kanał. Proces ten często może znacznie poprawić wydajność w porównaniu z procesorem jednordzeniowym o porównywalnej szybkości. Stopień poprawy wydajności będzie zależał od wydajności uruchomionego kodu oprogramowania.
Oprócz czystej szybkości, te nowe chipy znacznie zwiększają ilość wielozadaniowości, jaką mogą wykonywać komputery. Początkowo praktyczne zastosowania procesorów wielordzeniowych były poważnie ograniczone, ponieważ wiele ówczesnych produktów programowych nie było zaprojektowanych do pełnego ich wykorzystania. Luka została szybko zamknięta, gdy pojawiła się nowa generacja systemów operacyjnych oraz nowe generacje oprogramowania komercyjnego, w tym gier, produktów symulacyjnych, a nawet aplikacji biurowych. Twórcy oprogramowania szybko zmienili swoje priorytety, aby w pełni wykorzystać nowy sprzęt.
Przetwarzanie wielordzeniowe przerwało trwający wyścig projektantów układów scalonych do tworzenia coraz szybszych procesorów. Używając wielu wolniejszych rdzeni, możliwe jest osiągnięcie wyższych częstotliwości taktowania w bardziej efektywny sposób niż przy projektowaniu superszybkich pojedynczych procesorów. Kiedy komputery osobiste wykorzystujące technologię przetwarzania wielordzeniowego po raz pierwszy stały się powszechnie dostępne dla konsumentów w 2003 i 2004 roku, nowe procesory zawierały tylko procesory dwurdzeniowe. W kolejnych latach szybko się to zmieniło, a przetwarzanie wielordzeniowe stało się standardem. Procesory czterordzeniowe i ośmiordzeniowe umożliwią wówczas układy zawierające dosłownie setki rdzeni lub więcej.
Przetwarzanie wielordzeniowe nie ogranicza się do sfery komputerów osobistych. Wiele innych urządzeń elektronicznych, w tym konsole do gier, elektronika przemysłowa, superkomputery, a także komponenty sprzętowe komputerów PC, takie jak procesory graficzne na kartach graficznych, wykorzystuje tę technologię, ponieważ staje się ona coraz bardziej powszechna i przystępna cenowo.