Mitmetuumaline töötlemine viitab mitme mikroprotsessori, nn “südamiku” kasutamisele, mis on ehitatud ühele ränivormile. Kiip on paigaldatud arvuti emaplaadile täpselt samamoodi nagu traditsiooniline protsessor. Protsessorite ühendamise kontseptsioonis pole midagi uut – seda tehnikat nimetatakse multitöötluseks; mitmetuumaline protsessor on aga veidi erinev. Mitmetuumaline protsessor toimib ühe üksusena. Sellisena on see tõhusam ja loob standardiseeritud platvormi, mille jaoks saab hõlpsasti välja töötada masstoodetud tarkvara.
Mitmetuumalise protsessori disain võimaldab igal tuumal teistega suhelda, nii et töötlemisülesandeid saab vastavalt jagada ja delegeerida. Tegeliku delegeerimise määrab aga tarkvara. Kui ülesanne on lõpetatud, tagastatakse kõigist tuumadest töödeldud teave ühe jagatud kanali kaudu emaplaadile. See protsess võib sageli oluliselt parandada jõudlust võrreldes võrreldava kiirusega ühetuumalise protsessoriga. Jõudluse paranemise aste sõltub käivitatava tarkvarakoodi tõhususest.
Lisaks töötlemata kiirusele suurendavad need uued kiibid märkimisväärselt mitmetegumiste arvu, mida arvutid saavad teha. Esialgu olid mitmetuumaliste protsessorite praktilised rakendused tugevalt piiratud, sest paljud tolleaegsed tarkvaratooted ei olnud loodud neid täielikult ära kasutama. Lõhe kaotati kiiresti, kuna kättesaadavaks said uue põlvkonna operatsioonisüsteemid koos uue põlvkonna kommertstarkvaraga, sealhulgas mängud, simulatsioonitooted ja isegi kontoritöö tootlikkuse rakendused. Tarkvaraarendajad muutsid kiiresti oma prioriteete, et uut riistvara täiel määral ära kasutada.
Mitmetuumaline töötlemine on katkestanud kiibidisainerite võidujooksu üha kiiremate protsessorite loomise nimel. Kasutades mitut aeglasemat tuuma, on võimalik suuremaid taktsagedusi saavutada tõhusamalt kui ülikiireid üksikuid protsessoreid konstrueerides. Kui mitmetuumalist töötlustehnoloogiat kasutavad personaalarvutid 2003. ja 2004. aastal esmakordselt tarbijatele laialdaselt kättesaadavaks said, olid uutel protsessoritel ainult kahetuumalised protsessorid. See muutus järgmistel aastatel kiiresti ja standardiks sai mitmetuumaline töötlemine. Neljatuumalised ja kaheksatuumalised protsessorid võimaldavad seejärel kiipe, mis sisaldavad sõna otseses mõttes sadu või rohkem tuumasid.
Mitmetuumaline töötlemine ei piirdu personaalarvutite valdkonnaga. Paljud teised elektroonikaseadmed, sealhulgas mängukonsoolid, tööstuselektroonika, superarvutid, aga ka arvuti riistvarakomponendid, nagu videokaartide graafikaprotsessorid, võtavad selle tehnoloogia omaks, kuna see muutub üha tavalisemaks ja taskukohasemaks.