ARMプロセッサはThumbと呼ばれるコード効率の向上を意図した16ビット長の命令モードを持っている(SuperHの命令16ビット/データ32ビットに倣い追加された)。条件実行のための4ビットプレディケートが削除されている。メモリポートやバスが32ビットよりも狭い状況において32ビットコードよりも性能が向上する。多くの場合、組み込みアプリケーションでは32ビットのデータパスを持っているのは一部のアドレス範囲のみであり（例: ゲームボーイアドバンス）、残りは16ビットかそれよりも狭くなっている。このような状況では、Thumbコードをコンパイルし、CPUに最も負荷のかかる部分だけを32ビット長の命令セットを使用して手作業で最適化するのが、通常は理にかなっている。Thumb命令とARM命令は単一の実行ファイル内で混在が可能であるが、Thumb命令を実行できるモードとARM命令を実行できるモードは独立しており、両者を使うにはその都度プロセッサの状態を切り替える必要がある。状態の切り替えは分岐命令 (BX, BLX) で行うことができるため、通常は関数単位でThumb命令とARM命令を使い分け、関数呼び出しの際に切り替えを行うのが一般的である。Thumbテクノロジを搭載した最初のプロセッサはARM7TDMIである。ARM9とそれ以降のファミリは、XScaleも含めて全てThumbテクノロジを搭載している。
ARMの命令セットにおいてユニークなのは、マシン語の最上位4ビットを占める条件コードを使用した条件実行命令であり、これによってほぼ全ての命令を分岐命令無しに条件付きで実行することができる。これにより、マシン語中の即値フィールドに割けるビット数が減ってしまう等の欠点もあるものの、小さなif文に対応するコードの生成時に分岐命令を避けることが可能になる。例として、ユークリッドの互除法を挙げる。（この例はC言語による）int gcd(int i, int j){    while (i != j) {        if (i > j)            i -= j;        else            j -= i;    }    return i;}ARMのアセンブリ言語では、whileループの部分は以下のようになる。  loop        CMP    Ri, Rj       ; i と j を比較        SUBGT  Ri, Ri, Rj   ; もし "GT" ならば i = i - j;          SUBLT  Rj, Rj, Ri   ; もし "LT" ならば j = j - i;         BNE    loop         ; もし "NE" ならば loop に戻る通常分岐命令を使用しなければならないthenやelse節のところで分岐が省かれていることが分かる。命令セットのもう一つのユニークな機能が、シフト演算を「データ処理」（算術演算、論理演算、レジスタ間の代入）命令の中に織り込むことができることである。例えば、C言語のa += (j << 2);のような文を1つのARM命令        ADD     Ra, Ra, Rj, LSL #2として表すことができる。（なお、Intel 80386などでも1個の命令でできる。LEA EAX,[EAX+EBX*4] とすればよい。）これにより、多くのARMプログラムは通常RISCプロセッサに期待されるようなプログラムよりも密度の高いものになる。このため、命令フェッチに伴うメモリへのアクセス頻度が少なくなり、分岐に伴うストールも回避しやすく、パイプライン処理を効率的に使うことができる。このことが、ARMがARMより複雑なCPUデザインと競合することを可能にした特徴的な一因のひとつである。
マニングは父の母校であるミシシッピ大学ではなくテネシー大学に進学したことで周囲を驚かせた。11,201ヤード、89タッチダウン、先発45試合中39勝でテネシー大学史上最高のパッサーとなり、勝ち数でサウスイースタン・カンファレンス(SEC)の記録を破った。1994年、1年生の時にマニングはクォーターバック3番手となったが、ミシシッピ州立大学との試合でトッド・ヘルトンが怪我をしたためジェリー・コルキットはマニングに引き継がせたが24対21で負けた。翌週、ワシントン州立大学戦で初先発して10対9で勝ち、その後は1試合を除いて全勝の8勝4敗となり、ゲイターボウルでバージニア工科大学と対戦して45対23で勝利した。1995年、イースト・カロライナ大学、ジョージア大学に勝ち、フロリダ大学と対戦するためゲインズビルに向かった。フロリダ大学戦で彼は326ヤード、2タッチダウンでハーフタイムまで30対21で勝っていた。しかし後半戦でフロリダ大学が巻き返して62対37でテネシー大学が負けた。アラバマ大学に41対14で勝つなどこの後の8試合を全勝し、これがこの年のテネシー大学唯一の負け試合となった。その後シトラス・ボウルでオハイオ州立大学に勝った。テネシー大学はランキング3位となり、マニングはハイズマン賞投票で第6位となった。1996年、テネシー大学はネブラスカ大学リンカーン校に続きランキング2位で開幕し、決勝戦有力候補の1校とされていた。しかしネバダ大学ラスベガス校、カリフォルニア大学ロサンゼルス校との最初の2試合で勝ったが、フロリダ大学との試合でマニングが投げた球が4回インターセプトされ、35対29で負けた。次の4試合で連勝し、次のメンフィス大学戦ではマニングが296ヤード投げたにも関わらずテネシー大学は負けた。テネシー大学は残り試合で全勝し、シトラス・ボウルでノースウェスタン大学と対戦し、マニングは408ヤード投げ4回タッチダウンし48対28で勝利した。彼はこの試合のMVPに選ばれた。3年間でスピーチ・コミュニケーション学士を取得し、1997年のNFLドラフトでトップを狙ったが、4年生まで過ごすことにした。1997年、テネシー大学はテキサス工科大学戦、UCLA戦での勝利で開幕したが、フロリダ大学戦で33対20で負け、マニングにとってフロリダ大学に3回負けたこととなった。テネシー大学は残り試合で全勝し10勝1敗となり、SECチャンピオンシップに進出し、オーバーン大学と対戦して30対29で勝利した。4回タッチダウンしてMVPに選ばれたが、彼はその過程で負傷した。テネシー大学はランキング3位となり、1998年、オレンジボウルでランキング2位のネブラスカ大学と対戦した。もしテネシー大学が勝ち、ランキング1位のミシガン大学がローズボウルでワシントン州立大学に負ければ、テネシー大学が全米チャンピオンシップに進出できた。しかしテネシー大学のディフェンスはネブラスカ大学の攻撃を止めることができず、42対17で負けた。テネシー大学の看板QBとして名を馳せ、1997年には3,819ヤードを投げて36TD、大学最終学年のマニングはオール・アメリカン・チームに選ばれ、マクスウェル賞、デイヴィ・オブライアン賞、ジョニー・ユニタス賞、ESPY賞大学フットボール選手賞などを受賞した。ハイズマン賞の投票でチャールズ・ウッドソンに次いで2位、全米のアマチュア選手最高の賞であるジェームスサリバン賞を受賞した。2005年、テネシー大学はマニングの背番号である16番を永久欠番とした。ニーランド・スタジアムへの道の1つに「ペイトン・マニング・パス」と名付けられた。マニングは学業においても優秀で、1997年、Phi Beta Kappa Society に選ばれ、全米フットボール基金から全米奨学選手賞を受賞した。