CPU virtualiseerimine hõlmab ühte CPU-d, mis toimivad nii, nagu oleks see kaks eraldi protsessorit. Tegelikult on see nagu kahe eraldi arvuti töötamine ühes füüsilises masinas. Võib-olla on selle kõige levinum põhjus kahe erineva operatsioonisüsteemi käitamine ühes masinas.
CPU ehk keskprotsessor on vaieldamatult arvuti kõige olulisem komponent. See on arvuti osa, mis täidab füüsiliselt arvutis töötavate rakenduste juhiseid. CPU-d tuntakse sageli lihtsalt kiibina või mikrokiibina.
Selle, kuidas protsessor rakendustega suhtleb, määrab arvuti operatsioonisüsteem. Tuntumad operatsioonisüsteemid on Microsoft Windows®, Mac OS® ja erinevad Linuxi bänneri all olevad avatud lähtekoodiga süsteemid. Põhimõtteliselt saab CPU korraga kasutada ainult ühte operatsioonisüsteemi. Arvuti kõvakettale on võimalik installida rohkem kui üks süsteem, kuid tavaliselt saab korraga töötada ainult üks süsteem.
Protsessori virtualiseerimise eesmärk on panna CPU töötama samal viisil, nagu töötaksid kaks eraldi CPU-d. Väga lihtsustatud selgitus selle kohta, kuidas seda tehakse, on see, et virtualiseerimistarkvara on seadistatud nii, et see ja üksi suhtleb otse protsessoriga. Kõik muu arvutis toimuv läbib tarkvara. Seejärel jagab tarkvara oma suhtluse ülejäänud arvutiga, nagu oleks see ühendatud kahe erineva protsessoriga.
Protsessori virtualiseerimise üks kasutusviise on kahe erineva operatsioonisüsteemi korraga töötamine. Näiteks võib Apple’i arvuti kasutada virtualiseerimist ka Windows®-i versiooni käitamiseks, võimaldades kasutajal käitada ainult Windows®-i rakendusi. Samamoodi võib Linuxi-põhine arvuti käitada Windows®-i virtualiseerimise kaudu. Samuti on võimalik kasutada protsessori virtualiseerimist Windows®-i käitamiseks Mac®- või Linux-arvutis või Mac OS®-i ja Linuxi samaaegseks käitamiseks.
Veel üks virtualiseerimise eelis on see, et ühte arvutit saavad korraga kasutada mitmed inimesed. See toimiks ühes masinas, mille protsessor töötab virtualiseerimistarkvara, ja masin ühendub seejärel mitme “lauaga”, millest igaühel on klaviatuur, hiir ja monitor. Seejärel käitab iga kasutaja sama protsessori kaudu oma operatsioonisüsteemi koopiat. See seade on eriti populaarne sellistes kohtades nagu koolid arenevatel turgudel, kus eelarved on kitsad. See töötab kõige paremini seal, kus kasutajad käitavad peamiselt suhteliselt madalate töötlemisvajadustega rakendusi, nagu veebisirvimine ja tekstitöötlus.
Protsessori virtualiseerimist ei tohiks segi ajada multitegumtöötluse või hüperlõimega. Multitegumtöö on lihtsalt rohkem kui ühe rakenduse korraga käitamine. Iga kaasaegne operatsioonisüsteem võimaldab seda teha ühe protsessoriga, kuigi tehniliselt käsitletakse igal hetkel ainult ühte rakendust. Hüperkeermestamine on koht, kus ühilduvad CPU-d saavad käivitada spetsiaalselt kirjutatud rakendusi viisil, mis teeb korraga kahte toimingut.