Nehalem微架構

全部型號的微處理器核心都整合了記憶體控制器，一般支援雙通道DDR3 SDRAM，消費級產品最高支援三通道DDR3 SDRAM，而伺服器平台則可以支援四通道DDR3 SDRAM；除此以外還處理器核心還整合了PCI Express 2.0控制器。

從Nehalem微架構開始，Intel改用QPI/DMI直連式總線，放棄了傳統的FSB。首發的Core i7使用了新的“Quick Path Interconnect”直連式總線，與AMD的HyperTransport相似。

相比FSB，每一個處理器都可以有獨立的QPI通道與其他處理器連接，處理器之間不用再共享FSB頻寬，並繞路到北橋才能通訊。此外，QPI是雙向傳輸[4]。

後來發布的Core i5、i3，處理器內部仍使用QPI，但與外部晶片組連接則使用與QPI類似但較QPI的頻寬小的DMI（Direct Media Interface）總線。

隨著FSB的『卸任』，一般意義上的『外頻』概念由『基準時鐘頻率』（BLCK）所取代。[5]

處理器採用模組化設計[6]。例如核心、記憶體控制器、以至輸入輸出介面控制器，都能夠以不同的數量配搭，而且都能做到原生多核心設計。這樣使得Nehalem架構的處理器產品線可以做成雙核心、四核心、六核心乃至八核心、十核心（僅見於Xeon E7）[7]，可以使到產品更容易針對不同市場。與AMD K10微架構類似，每一個模組都可以有獨立的電壓和獨立的時脈，讓處理器在不同負載水平的效能最大化的同時更省電。

二級分支預測器和新的轉譯後備緩衝區（Translation Lookaside Buffer，TLB）。

超執行緒技術回歸：部分處理器型號支援超线程的技術。消費級市場發售的最高六核心，十二執行緒，企業級的更達到八核心，十六執行緒甚至到後期的十核心，二十執行緒。不僅多執行緒處理能力加強，Intel認為該技術還能最多提升處理器30%的效能。

多級快取：每核心64KB的L1快取（32KB指令快取+32KB資料快取）；每核心256KB的L2快取，雖容量大小較Core微架構的小但擁有更低的讀寫延遲值；與AMD K10一樣，Intel Nehalem微架構的處理器都內建L3快取，每一個處理器共享最小4MB至最大12MB（企業級處理器更達到30MB）。

效能動態調節和電源管理：中高階型號的處理器會支援Turbo Boost（港澳地區沒有正式官方中文名稱，台灣官方中文名稱為『渦輪加速』，中國大陸官方中文名稱為『睿頻』。其後該技術更名為Dynamic Speed，動態時脈[8]）動態時脈調整技術，倘若有程式使用較多的處理器负载，處理器的頻率可以按步驟提升，此外，可以自動往上提升倍頻[9]該功能基本不需要作業系統的支援，完全由硬體監控[10]。除了時脈管理，電源管理方面引入Power Gates技術，核心閒置的時候可被關閉。對比上一代的Core架構，的核心電阻可以被關閉，電流可以完全不通過核心。各個處理器核心可運作於不同的頻率和電壓[11]。Turbo Boost及Power Gates功能都是由同一個單元提供，佔去大約一百萬個晶体管[12]。而AMD K10及後來的改進版K10.5，核心必須手動才能關閉。

指令集更新：SIMD指令SSE4的版本會提升為SSE 4.2，SSE4.2在SSE4.1（於Core架構上）的基礎上新增了7條指令[13]；引入第二代Intel虛擬化技術，支援EPT（Extended Page Table，擴展分頁表）、VPIDs（virtual processor identifiers，虛擬處理器標識）以及非屏蔽中斷窗口退出（non-maskable interrupt-window exiting）。[14]Intel Nehalem架构的原子操作延时降低了50%，在试图限制原子的开销上。[15]

晶片組方面，Intel推出了5系列晶片組與之搭配，桌面平台有P5*、H5*、X5*等系列型號，其中P5*、H5*系列型號採用LGA1156插座，X5*採用LGA1366插座。代號Bloomfield的Core i7和後期第二批的Intel X58晶片組（允許更變倍頻）的組合再次提升Intel平台的超頻極限。核心代號Lynnfield的Core i5所使用的晶片組，更名為“PCH”（Platform Controller Hub，PCH，整合了一部分北橋和整個南橋），取代以往分離的北橋晶片和南橋晶片，成為單晶片組。[16]早期，處理器核心的電壓與系統記憶體同步。此前，Intel官方表示首批處理器產品會支持DDR3-800和DDR3-1066規格的記憶體。對於DDR3-1333，由於處理器只可以接受較低的電壓水平（限制在1.65V或以下），高速的記憶體意味著需要較高的電壓，所以此規格的官方支援仍然存在疑問[17]。後來第二批X58晶片組主機版上，處理器核心電壓與系統記憶體電壓可以實現異步，方便用家超頻[18]。另外，原先只有XE版本處理器可以調整記憶體頻率。後來Intel修改為所有上市的Core i7處理器，均可以修改記憶體和QPI總線的頻率[19]。