Der Intel Nehalem Prozessor verfügt über bis zu 8 Kerne. Es handelt sich um die erste dynamisch skalierbare Mikroarchitektur: er ist so konzipiert, daß man spezialisierte Chips, z. B. für Notebooks oder  Server-Varianten, ohne großen Aufwand nach Bedarf kombinieren kann. Die Kerne haben direkte Verbindungen untereinander, so daß sie nicht umständlich über ein Bussystem Daten austauschen.

Kein FSB, QuickPath Interconnect 
Die Nehalem CPU verfügt nicht mehr über einen Front-Side-Bus. Um den Prozessorkern mit dem Chipsatz zu verbinden wird eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung (QuickPath Interconnect, QPI) eingesetzt. Der Nehalem wird mit einer  Strukturbreite von 45 Nanometer gefertigt. Der Arbeitsspeicher wird über einen integrierten Speichercontroller angebunden. Dadurch verringern sich die Latenzzeiten. 

Der Datendurchsatz wird durch das neue Punkt-zu-Punkt-Konzept verbessert, da es keinen FSB als Engpass mehr gibt. Es werden jedoch neue Sockel erforderlich.  Erster Vertreter ist der Bloomfield (Desktop-Prozessor) als Core i7 für Sockel 1366. Der Lynnfield für Sockel 1156 bildete das Rückgrat für den Massenmarkt (Intel Core i5-750, i7-860. i7-870).

3-stufiges Cache-Prinzip, Vermeidung von  Cache Inkohärenzen
Der Intel Nehalem Prozessor verfügt über ein 3-stufiges Cache Prinzip: L1-Cache und 256 KB großer L2-Cache für alle Prozessorkerne sowie einen bis auf 8 MB skalierten L3-Cache, den sich alle Kerne teilen. 

Um Cache Inkohärenzen zu vermeiden und den Snooping Traffic zu minimieren, verfügt der L3-Cache auch über alle Daten des L1- und L2-Cache.  Die Intel Nehalem CPU verfügt über eine Power Control Unit welche auch als eine Art Co-Prozessor für die Energieverwaltung fungiert. 

Wie beim Core-2-Duo wurde auch auf Macro-Op-Fusion und Prefetching gesetzt. Alle 4 Prozessorkerne sind auf einem Die untergebracht (nativer 4-Kern Prozessor). SSE 4.2 (Streaming SIMD Extensions) wurden mit dem Nehalem eingeführt. 

Der Intel Nehalem beherrscht Simultaneous Multihreading (Intel's Hyper-Threading), so daß er mit 4 Kernen gleichzeitig an 8 Threads arbeiten kann.

Prozessorgeneration Westmere 
2009 erschien eine neue Prozessorgeneration mit dem Codename 'Westmere' aus der Intel Core-i-Series, ein auf 32 Nanometer Strukturbreite (Die Shrink) gefertigter Dual-Core Prozessor in Nehalem Architektur bzw. einer verbesserten Nehalem Architektur. 

Einer der ersten Vertreter war der Clarkdale (Sockel 1156, Chipsätze der x5x-Serie). Die Reduzierung der Kerne soll eine bessere Energieeffizienz bewirken. 

Der erste native 6-Kern-Prozessor (Hexa-Core-Prozessor) von Intel wird in 32 Nanometer Technologie gefertigt. Diese CPU (Gulftown) benötigt den Sockel 1366.  Die verringerte Strukturbreite (Die-Shrink) soll die Verlustleistung der Prozessoren verringern, bei erhöhter Taktzahl. 

Der Gulftown (Intel i7-980x) läuft auf Sockel 1366 für X58-Chipsatz-Plattformen. Er verfügt über 1,17 Milliarden Transistoren bei einer Abmessung von nur 240 Quadratmillimetern.  Eine weiterer QPI-Link (QuickPath Interconnect) mit 6,4 GT/s ist mit an Bord. QPI wurde ursprünglich als Common System Interface (CSI) entwickelt und gilt als Nachfolger des Front Side Bus bei Intel Nehalem Prozessoren. 

Der Gulftown kann auch mit 2 CPUs betrieben werden. Mit Hilfe des zusätzlichen QPI-Links sind Workstations oder Server mit 12 Kernen möglich. 

Um die Leistungsaufnahme zu reduzieren, kann sich jeder Kern einzeln selber abschalten (Power Gate), so daß der Gulftown noch in das 130 Watt Schema passt. Die Bewegungsdaten des jeweiligen Kerns kann im L3-Cache zwischengespeichert werden.