Первая, оптимизированная для работы с высокой тактовой частотой, суперконвейерная, суперскалярная микроархитектура, предназначенная для выполнения 9 инструкций за один такт. Включает в себя:

• Несколько параллельных декодеров x86-инструкций;
• Три суперскалярных внеочередных конвейера для выполнения вычислений с плавающей точкой, включая инструкции MMX™ и 3DNow!™;
• Три суперскалярных внеочередных конвейера для целочисленных вычислений;
• Три суперскалярных внеочередных конвейера для генерации адресов;
• Контроль за 72 инструкциями;
• Усовершенствованное динамическое предсказание ветвлений;

Расширение возможностей технологии 3DNow! для достижения высокой производительности.

• 21, уже применяющаяся инструкция технологии 3DNow!, первой технологии расширяющей возможности суперскалярной обработки SIMD;
• 19 новых инструкций улучшающих расчеты с целочисленными данными, необходимыми для кодирования голоса и видео и интенсификации обмена данными, как для Internet-приложений, так и для любых других приложений требующих потока данных;
• 5 новых DSP-инструкций для программных модемов, ADSL, Dolby Digital, и приложений использующих MP3;
• Совместимость с Windows 98, Windows ME, Windows NT 4.x и Windows 2000 без какой-либо коррекции программного обеспечения.

266-МГц (а в будущем и 400-МГц) системная шина AMD Athlon, обеспечивает небывалую полосу пропускания для приложений требующих интенсивного обмена данными.

• Технология синхронизации исходящих данных;
• 8-разрядная коррекция (ECC) для контроля целостности пересылаемых данных;
• Максимальное значение ширины полосы пропускания от 1,6 до 3,2 Гб/с;
• Поддержка многопроцессорной обработки - топология точка-точка, с числом процессоров в многопроцессорных системах определяемым вариантом реализации чипсета;
• Поддержка 24 отложенных транзакций на процессор.

Процессор AMD Athlon имеет полноскоростной кэш первого уровня включающий в себя 64 Кбайт кэш инструкций и 64 Кбайт кэш данных, дающих в сумме 128 Кбайт. Интегрированный на кристалл полноскоростной кэш второго уровня имеет объем 256 Кбайт. Таким образом суммарный объем полноскоростного кэша составляет 384 Кбайт.

Кристалл процессора содержит приблизительно 37 млн. транзисторов на площади 120 мм².

Изготавливается по современной 0.18 микронной технологии компании AMD с применением медных проводников на заводе Fab 30 (г. Дрезден, Германия).