Enquanto muito expertos (e vendedores de sistemas!) citam imediatamente o aumento da memória virtual como motivação primária para a mudança para 64bits, o segundo benefício para influenciar operações a 64bit. Com a arquitectura do AMD64, os programadores podem tirar vantagem de moves/loads/stores, operações aritméticas mais poderosas, registos a 64-bits, entre outros. Isto traduz-se em aumentos na performance das aplicações.

Parte da magia da arquitectura do AMD64 é converter os oito General Purpose Registers do x86 a 32bits em GPRs a 64bits – e as operações que os usam em operações a 64bits. Quando corremos aplicações a 32bits, os registos clássico EAX, EBX, ECX, EDX, ESI, EDI, EBP e ESP contêm 32bits. No entanto os programadores quando correm uma aplicação a 64bits, podem aceder aos esses GPRs como 32bits ou usar um prefixo de instrução especial REX de um único byte para ligar as extensões 64bits para esses registos (agora chamados RAX, RBX, RCX, ...). A micro-arquitectura do AMD64 disponibiliza também oito novos GPRs a 64 (R8 a R15) e oito novos registos SSE. Existem também uma extensão a 64bits dos registos de ponteiros de instrução e das FLAG