Em vez de repetir o mesmo erro da AMD, lançando uma plataforma incompatível com os softwares já existentes, a Intel desenvolveu o x86-64, um projeto mais simples, que adicionou suporte a instruções de 64 bits no Athlon sem quebrar a compatibilidade com os softwares de 32 bits e nem prejudicar o desempenho do processador ao executá-los.

No modo "long", o processador funciona como um processador x86 comum, executando instruções de 32 bits e utilizando apenas os registradores padrão. Ao mudar para o modo "legacy", o processador tem acesso a 16 registradores de 64 bits cada um e passa a suportar as instruções e endereços de memória de 64 bits.

O chaveamento entre os dois modos é feito de maneira muito rápida, o que permite ao processador executar aplicativos de 32 bits dentro de um sistema operacional de 64 bits sem um grande overhead. Essa é uma função fundamental, pois permite usar softwares de 32 bits dentro das versões de 64 bits do Windows e Linux de forma suave, com o sistema precisando manter carregadas algumas bibliotecas de compatibilidade.

O conjunto de instruções do processador da Intel foi batizado de x86-64 e acabou sendo adotado também pela AMD, na forma do EM64T, um conjunto compatível, incluído a partir do Pentium 4 com core Prescott. Como sempre, a Intel ditou o novo padrão e a AMD se viu obrigada a segui-lo.

Ao usar as versões de 32 bits do Windows ou Linux em par com aplicativos de 32 bits, o processador também consegue utilizar os novos registradores e as outras melhorias incluídas no novo conjunto de instruções. A principal limitação é que operando em modo de 32 bits, o processador não é capaz de endereçar mais do que 2 GB de memória, o que limita o uso às configurações mais básicas.