Als Mehrkernprozessor (Multicore-Prozessor, Multikernprozessor) bezeichnet man Prozessoren mit mehr als einem vollständigen Hauptprozessor. Sämtliche Bauteile,  mit Ausnahme des Busses und einiger Caches sind mehrfach auf dem Prozessor vorhanden. Dadurch wird die Rechenleistung erhöht, die Kosten sind geringer als der Einsatz mehrerer Prozessoren.

Varianten des Mehrkern-Prozessors 
Eine Variante des Mehrkernprozessors ist der Dual-Core-Prozessor (Pentium D: Zweikernprozessor), XEON DP (geeignet für Dual-Prozessor-Systeme, Systeme mit 2 Prozessoren): Dempsey und Woodcrest und der  4-Kern-Prozessor Clovertown (Quad Core) sowie die Intel Core 2 Prozessoren (Core 2 Duo, Core 2 Quad, XEON für die Workstation- und Server-Variante) sowie die XEON MP Systeme  (geeignet für Multiprozessor-Systeme): Tigerton-Dual-Core, Tigerton-Quad-Core. Im Speziellen auf dem Markt sind der Core 2 Duo (Conroe (Desktop: 266 MHz FSB, Quadpumped 1066 MHz (ohne Trusted Execution Technology, TXT):  E6320: 1,86 GHz, E6420: 2,13 GHz, E6600: 2,40 GHz, E6700: 2,66 GHz; 333 MHz FSB, Quadpumped 1333 MHz ohne TXT: E6540: 2,33 GHz,  333 MHz FSB, mit TXT: E6550: 2,33 GHz, E6750: 2,66 GHz, E6850: 3,00 GHz) und Merom (Mobil, Notebook) von Intel, AMD Opteron, Athlon 64 X2 und IBM  PowerPC 970MP.

4-Kern-Prozessoren
Prozessoren mit 4 Kernen sind der Intel Quad Core (Kentsfield und die XEON-Version für Server Clovertown), der AMD 4-Kern Opteron  Barcelona, der Nachfolger des Athlon: der AMD Phenom (AMD Phenom X4 für Sockel AM2+, AMD Phenom FX für Sockel F bzw. F+, AMD Phenom X3 (Sockel AM2+, ein X4 mit einem deaktivierten Kern) und AMD Phenom X2 (Sockel AM2+, Phenom mit  nativem Doppelkern oder X4 mit 2 deaktivierten Kernen). Der Kentsfield entsteht durch 2 Dual-Core Dice des Conroe in einem Chipgehäuse. In der Intel Core-i-Series gibt es mehrere native-4-Kern Prozessoren: Bloomfield und Lynnfield auf der Intel  Nehalem Architektur.

Weitere Intel Mehrkernprozessoren
Von Intel gibt es ausserdem den Conroe-2048 mit einem L2-Cache von 2048 KiB (FSB: 266 MHz, Quadpumped: E6300: 1,86 GHz, E6400: 2,13 GHz)  und den Allendale  (200 MHz FSB: E4300: 1,80 GHz, E4400: 2,00 GHz, E4500: 2,20 GHz, 266 MHz FSB E6300: 1,86 GHz E6400: 2,13 GHz).  Die XEON UP (Uni-Prozessor-Systeme) werden gebildet durch Conroe, Allendale und Kentsfield. 

Technologische Entwicklung, Strukturbreite 45 nm: Intel Penryn und Intel Nehalem, 8-Kern AMD Montreal, Sandtiger 
Es ist derzeit eine Diskussion im Gange, wie viele Kerne ein Prozessor sinnvollerweise haben sollte. Es ist nämlich theoretisch und auch praktisch möglich, sehr viele Kerne auf einem Prozessor unterzubringen, z. B. 80 und auch noch mehr. Der Nachfolger  des Conroe wird der Penryn sein, der auf 45 Nanometer-Technologie gefertigt wird. Um Leckströme zu verhindern wird als High-k-Dielektrikum erstmals das Element Hafnium eingesetzt. Das Gate wird nicht mehr aus Polysilicium sein, sondern aus  einem noch nicht bekanntgegebenen Metall. Der Penryn wird auch stromsparender und leistungsfähiger sein als der Conroe. Der L2-Cache wurde vergrössert und verfügt über 4 bzw. 6 MB. 
Der Nachfolger des Penryn, der Nehalem, wird bis zu 8 Kerne haben und die erste dynamisch skalierbare Mikroarchitektur sein: er ist so konzipiert, dass man spezialisierte Chips, z. B. für Notebooks oder Server-Varianten ohne grossen Aufwand nach  Bedarf kombinieren kann. Die Kerne werden direkte Verbindungen untereinander haben, so dass sie nicht umständlich über ein Bussystem Daten austauschen. Es wird keinen Front Side Bus mehr geben. Stattdessen wird das serielle  Protokoll CSI (Common System Interface), auch bezeichnet als QuickPath Interconnect (QPI), eingeführt. An diese Verbindungen werden auch ein Grafikkern und ein Speichercontroller angebunden ein.  Weiterhin wird jeder Kern in der Lage sein, 2 Threads simultan auszuführen (Intel nennt es Simultaneous Multithreading, eine Variante des Hyper-Threading aus dem Pentium 4 Design).  Auch das Konzept des Multi-Level Shared Cache, bei dem die Prozessor-Kerne einen gemeinsamen Zugriff auf die L1-Caches und auch L2- und L3-Caches haben, soll wieder Einzug halten.

Intel-Core-i-Series: Westmere  AMD arbeitet an den 8-Kern Prozessoren 'Montreal' und 'Sandtiger' die auch in 45 nm Strukturbreite gefertigt werden. Der Sandtiger unterstützt DDR3-Arbeitsspeicher und HyperTransport 3.0. Der DDR3 Arbeitsspeicher wird mit  Hilfe des G3 Memory Extenders, einem neuartigen Speichercontroller, weiter ausbaufähig sein. 
2009 erscheint eine neue Prozessorgeneration auf Basis der Intel-Core-i-Series mit dem Codename 'Westmere'. Es erfolgt die Umstellung des Fertigungsverfahrens auf 32 Nanometer Strukturbreite (Die-Shrink) und eine  Reduzierung auf wieder 2 Kerne.  Dadurch soll die Energieeffizienz erhöht werden. Der erste Vertreter dieser Architektur ist der Clarkdale. Der erste native Hexa-Core-Prozessor (6-Kern-Prozessor) von Intel erscheint: Gulftown.