Một CPU hai nhân của Intel có hình dáng bên ngoài như một CPU đơn nhân thông thườngHai nhân cùng được chứa trong một phần diện tích như thế này (phần bôi kem tản nhiệt)

Vào những thời kỳ đầu của máy tính cá nhân được sử dụng, nhằm để giảm giá thành, các CPU phổ thông đều được thiết kế theo quan điểm đơn nhân. Các dữ liệu được xử lý tuần tự bởi một bộ xử lý duy nhất cho tất cả mọi tác vụ. Ở những dòng máy cao cấp như siêu máy tính, máy trạm hoặc máy chủ thời kỳ đầu thường được gắn nhiều hơn một CPU trên cùng một bo mạch chủ để có thể thực hiện nhiều tác vụ song song cùng lúc, nâng được tốc độ tổng thể lên cao hơn nhiều so với chỉ sử dụng một CPU.

Kiến trúc đa nhân đầu tiên ra đời vào khoảng giữa thập niên 1980, khi Rockwell International giới thiệu các phiên sản cải tiến của chip xử lý 6502 như R65C00, R65C21, và R65C29. Chúng đều có một đặc điểm chung là tích hợp cả hai nhân xử lý 6502 lên một chip có cùng số chân và cùng tần số xung nhịp.[1][2]

CPU đa nhân được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2001 bởi hãng IBM với loại CPU Power4 dành riêng cho các máy chủ. Mãi đến tháng 4 năm 2005, Intel đã giới thiệu những CPU hai nhân thương mại đầu tiên, Pentium Extreme Edition (còn gọi là Pentium EE) và Pentium D. Đến tháng 5 năm 2005, AMD giới thiệu các CPU Athlon 64 X2 hai nhân đầu tiên[3]. Những CPU hai nhân thế hệ đầu tiên này, thực chất chỉ thuần túy là đặt hai nhân xử lý trong cùng một tấm đế[4]. Có nghĩa trong một CPU nhìn bề ngoài như một CPU thông thường nhưng bên trong nó chứa các phần mạch điện của cả hai CPU (Pentium 4 Prescott với Intel và Athlon 64 với AMD), điểm chung của nó là các chân cắm tiếp xúc với socket của bo mạch chủ.

Vi cấu trúc core cho phép cả hai nhân sử dụng chung cache L2

Ở những thế hệ kế tiếp, các nhà sản xuất đã sử dụng công nghệ chế tạo hiện đại, cho phép chế tạo tích hợp nhiều nhân trên cùng một nền chip đóng gói vật lý. Công nghệ chế tạo cũng cho phép tích hợp nhiều hơn 2 nhân trên một chip, cũng như các công nghệ giao tiếp như siêu phân luồng, đa phân luồng... cũng giúp tận dụng ưu thế của các CPU đa nhân.Những cpu dòng hd graphics của intel sử dụng GPU(nhân xử lý đồ họa)được tích hợp trong cpu cūng là một dạng cpu 2 nhân,dòng cpu này cho khả năng chơi các game 3d với chất lượng hd,tiết kiệm điện so với các card đồ họa rời của ndivia,amd...