或许是要和Intel对着干的心理在作祟，当Intel决心放弃IA-32另起炉灶之时，AMD却要继续沿着这条路走下去，他们准备扩展X86指令集，走兼容过去的道路。即使这样会在CPU设计方面带给他们更多的麻烦也在所不惜。于是AMD决定扩展x86架构到64位，并发布x86-64指令集。这样做的好处是可以最充分地利用现存的所有开发工具和应用软件，而且设计费用和生产成本的代价都比较小。由于核心对32位和64位应用程序有很好支持，所以从用户的观点来看，AMD的方案中从32位到64位的移植是无缝进行的。
AMD的64位代码和以前的32位代码相兼容，其中包括对x86和x87指令的支持。地址访问缺省状态是采用64位的，可以兼容32位访问。在数据操作方面，考虑到目前应用程序的现状，绝大多数的数据仍然在用32位表示。所以x86-64把8位和32位数据访问当成最常用的方式加以优化，但兼容64和16位的数据。虽然过去32位的操作符号被扩展到64位，但还是有部分32位的设置得到保留，在新一代的CPU上，AMD将引入类似于3Dnow！指令集的针对x86-64的技巧浮点指令（TFP），来支持寄存器到寄存器的三个数据同时操作和双精度IEEE操作来提高浮点运算的能力。
