奔腾4

Willamette

第一款Pentium 4 Willamette設計過程經過很長時間的延遲。它最初在1998年的一個產品發展路線中提出，像英特爾把Pentium III作為他們的主流產品一樣看待。當時，人們僅僅希望Willamette在面世時能夠突破1GHz的屏障。然而，當Pentium III發布以後，很明顯英特爾不能將Willamette稱為Pentium III。由於它的架構與Pentium III相比有很大的不同，Pentium 4採用NetBurst架構，它被命名為Pentium 4，這也終結英特爾以羅馬數字命名的規則。
許多業界專家認為，最初的1.4和1.5GHz P4的發布只是在產品真正完善之前的一個權宜之計。根據這些專家的觀點，Willamette的發布是因為當時競爭產品AMD Athlon Thunderbird效能已經超過Pentium III，並且英特爾對於Pentium III的改進還不現實。這個新的內核使用0.18微米製程〔180奈米製程〕生產，最初在主機板上使用Socket 423，後來的版本更改到Socket 478。
在效能測試中，Willamette的表現讓分析人士失望，因為它即使執行在1.5GHz也無法在幾乎所有的測試環境中超過Athlon和最高頻率的Pentium III，甚至在某些情況下並不優於低端的AMD Duron。儘管售價為819美元（1000顆的批發價），它的銷售表現一般但是增長勢頭可觀，這在一定程度上是由於必須要搭配相對較昂貴的Rambus動態隨機存取記憶體（RDRAM）所致。Pentium III仍然保持英特爾最賣座的晶片，Athlon的銷售也稍稍領先於Pentium 4。
在2001年1月，一個頻率更低的1.3GHz型晶片也加入到這個系列，但在隨後的12個月中，英特爾慢慢追上AMD的領先地位。2001年4月英特爾推出1.7GHz的P4，它是第一個效能明顯優於Pentium III的晶片。2001年7月英特爾推出1.6和1.8GHz的型號，在8月它推出1.9和2.0GHz的Pentium 4。在這個月中，它發布一款新的能夠支援廉價PC133 SDRAM的晶片組——i845。儘管使用SDRAM將比RDRAM慢很多，PC133比較低廉的價格這樣一個事實帶來Pentium 4銷售的大幅增長，幾乎是一夜之間就將Pentium III從市場銷售首位的位置趕下去。

Northwood

2001年10月Palomino核心的Athlon XP又一次為AMD贏得明顯的領先，但是在2002年1月英特爾發布使用Northwood內核的2.0和2.2GHz的Pentium 4。Northwood將二級快取的大小從256KB增加到512KB（電晶體數量從4200萬增加到5500萬）並且使用130奈米製造製程。使用更小電晶體製造的晶片能夠在同樣的速度產生更少的熱量，或者工作在更高的時脈速率。不幸的是，對於許多用戶來說，這個新的晶片不能用來更新舊的系統，因為它需要一個新的插座（Socket 478），雖然後來又製造能夠讓Socket 423使用Northwood處理器的轉換器。
Northwood帶來Pentium 4時代。儘管爭奪效能領先的戰鬥依然很激烈（因為AMD發布更快版本的Athlon XP）,但是許多觀察人士都認同最快的Northwood P4稍稍領先於對手。尤其是在2002年夏天之後更是這樣，當時AMD轉換到130奈米製造技術過程被延遲，從2.4到2.8GHz範圍的P4很顯然是當時市場上最快的晶片。
2.4GHz的Pentium 4於2002年4月發布，匯流排速度從400MHz（100MHz四倍）提升到533MHz（133MHz四倍）用於5月發布的2.53GHz、8月發布的2.6和2.8GHz P4，3.06GHz的Pentium 4在11月發布。
3.06GHz的處理器支援超執行緒（首次出現在Xeon處理器中），它允許多個執行緒同時執行，它通過複製處理器的一部分讓作業系統認為有兩個邏輯處理器來實現。在所有的Northwood CPU中都有超執行緒機制，但是只在3.06GHz和800MHz FSB的型號中允許使用。
2003年4月，英特爾發布一系列頻率範圍從2.4到3.0GHz的新款800MHz FSB晶片。這些新版本的與以往晶片的主要不同就是全部都支援超執行緒機制，並且系統匯流排頻率是800MHz。人們曾經猜想這些是為了與AMD處理器的Hammer系列競爭。然而，AMD只發布Opteron一款，並且最初拒絕提供AGP控制器，這樣就阻止Opteron侵蝕Pentium 4的領地。除了Opteron（K8架構）以外，AMD的確也將Athlon XP（K7架構）的FSB速度從333MHz提升到400MHz，但這並不足以對抗新款的3.0GHz P4——因為與Intel Pentium 4不同的是，對於AMD K7架構來說，FSB並不是影響效能的關鍵點，從333MHz到400MHz的轉換僅僅帶來很小的改變乃至幾乎沒有效能提升。3.2GHz的Pentium 4在6月上市，最後一個3.4GHz的版本在2004年早期上市。
過分超頻早期的Northwood晶片將會產生令人震驚的現象。當內核電壓超過1.7V時，處理器將隨時間延長逐漸變得不穩定，直至最後壞掉完全不能再用。人們認為這是由於電子遷移這種物理現象導致的，其中CPU的內部通路由於過度的電子能量隨著時間逐步退化。這也被稱為Northwood突然死亡症（Sudden Northwood Death Syndrome）。

Mobile Pentium 4

Mobile Intel Pentium 4 Processor，Intel Mobile Pentium 4處理器與Mobile Pentium 4-M不同，外觀上在大的差別就是Mobile Pentium 4上與桌上型Pentium 4處理器一樣有晶圓上的鐵蓋，INTEL將它定位使用筆記型電腦取代桌上型電腦的使用者，他與桌上型的Pentium 4一樣使用Socket 478的插槽 ，它也提供Hyper-Threading超執行緒與EIST的功能，FSB也比Mobile P4-M的400高，達到FSB533。新型的Mobile P4採90奈米製程，最高時脈高達3.46GHz以及1MB的L2快取。

Mobile Pentium 4 M

Mobile Intel Pentium 4 Processor - M，也是基於Northwood內核，在2002年4月23日發布，它包括英特爾的EIST技術來降低功耗，但是不包括超執行緒技術，L2最大512K，最高時脈為3.46GHz。同時期的廉價版Celeron也有推出類似Mobile Pentium 4-M的處理器，FSB與P4-M相同但L2降為P4-M的一半只有256K，後期的產品最高時脈可達2.8GHz。

Extreme Edition

2003年9月，在英特爾開發者論壇上，Pentium 4極致版（Pentium 4 Extreme Edition,P4EE）發布，這僅僅比AMD的Athlon 64和Athlon 64 FX（AMD64 FX）的發布早一個星期。這個設計絕大部分與Pentium 4相同（以至於它們能工作在同一個主機板）,但是它增加一個2MB的3級快取。它與Xeon MP使用同一個Gallatin內核，儘管它使用Socket 478形式（不同於Xeon MP的603插座）和是Xeon MP速度兩倍的800MHz匯流排。它同時也提供LGA775版本。
儘管英特爾宣稱極致版主要面向遊戲人員，人們認為這是英特爾試圖減弱Athlon 64發布的震撼一種努力，將它戲稱為「緊急版本」。令人奇怪的是，儘管很多人批評英特爾從Xeon系列拼湊技術，但是很少有人批評AMD，AMD在它們的Athlon 64 FX上使用同樣的方法（它與Opteron的差別甚至少於極致版與Xeon MP的區別）。
增加的快取的功效在不同環境會有所不同。在辦公室應用中，極致版總體上比Northwood慢一點兒，這是由於L3快取增加門檻值。一些遊戲程式受益於增加的快取，尤其是那些基於Quake III和Unreal引擎的遊戲。然而，提升最大的是在多媒體編碼領域，在這裡它不僅比奔騰4要快，而且比兩款Athlon 64快。
在2004年晚些時候通過將匯流排速度從800MHz提升到1066MHz實現小幅的效能提升。在Extreme Edition遷移到Prescott內核之前僅僅發布一款3.46GHz基於Gallatin內核的晶片。新的3.73GHz Extreme Edition與6x0系列的Prescott 2M有同樣的特性，不同的是它使用1066MHz匯流排。然而實際上3.73GHz Extreme Edition幾乎總是比3.46GHz版本的速度要慢。
不要把Pentium 4極致版與後來發布的有類似名字的基於雙核Pentium D的Pentium極致版相混淆。

Prescott

2004年2月1日英特爾提出了一個代號為「Prescott」的新內核。這個內核首次使用90奈米的製造製程，並且「它」是奔騰4微架構的一次重要更新——重要到足夠讓一些分析人士感到奇怪為什麼英特爾沒有選擇將這個處理器稱為Pentium 5。儘管Prescott工作在與Northwood相同的時脈速度，效能測試也顯示在遊戲應用程式中Northwood比Prescott還要稍微快一點兒，但是在影片編輯以及其它的多媒體應用中，Prescott額外的快取讓它比Northwood有明顯的速度優勢。Prescott的架構允許它很容易地使用更高的時脈速度。（參見超頻。）3.8GHz是批次生產的基於Prescott處理器的最快的處理器。
緊接著產品發布之後，人們就發現Prescott每個時脈周期比Northwood多產生大約60%的熱量，幾乎所有的評論都是負面的。插座類型的轉換（從Socket 478到LGA775）原本希望能夠將發熱降低到可以接受的水平，但是實際上卻是產生了相反的效果，同時功率消耗也增加的大約10%。但是，LGA775涉及的降溫和安裝系統是一種更好的設計，所以平均溫度有輕微的降低。英特爾工程師隨後對處理器進行的修改工作有望降低平均溫度，但是這除了降低速度等級之外從來也沒有先例。
最後，溫度問題變得非常嚴重英特爾不得不全部放棄Prescott架構，並且開發4GHz部分的努力也被認為是浪費內部資源而被放棄了。另外的擔憂是審查發現在極端狀況下需要5.2GHz的Prescott內核才能與2.6GHz的Athlon FX-55的效能相比 。回首當初英特爾發布Pentium 4時吹噓的Pentium 4是為10GHz的處理速度設計的，這將被看作英特爾歷史上最重要的或許也是最廣為人知的工程失敗（engineering shortfalls）事件。
據報導Pentium M英特爾設計成員內部的參考設計，Pentium 4的開發實質上已經被放棄。在這個意義上說僅有少量資金支援而創造了奔騰M內核的以色列設計組現在已經接手了更大的桌面開發計劃。
Prescott以這樣一個災難性的結局終結是英特爾內部的策略使然。市場部不斷地要求更高的時脈速度以使他們的產品與AMD有所區別。處理器的設計被市場需求而不是被架構本身所控制。職業發展也基於更高時脈速度這樣一個理念，當P4專案終止最終到來的時候，它對於有著資助良好的桌面分部的許多管理人員有著嚴重的影響。
最初有兩種Prescott產品線上市：帶有800MHz FSB和支援超執行緒的E系列以及533MHz FSB和不支援超執行緒的A系列。
LGA775 Prescott使用一個評價系統將它們標記為5xx系列（Celeron D是3xx系列，Pentium M是7xx系列）。E系列的LGA775版本使用型號5x0（520-560），A系列的LGA775版本使用型號5x5和5x9（505-519）。最快的570J和571工作在3.8GHz。4GHz處理器的計劃最近由於英特爾鍾情於雙核處理器而被大幅削減，儘管一些歐洲零售商聲稱他們將銷售4GHz的Pentium 4 580。
5x0J系列（以及相應的低端版本5x5J系列和5x9J系列）為英特爾處理器產品線引進了XD bit（eXecute Disable）或執行禁止位 。這項最初由AMD最初使用並稱為NX bit的技術能夠幫助阻止一定類型的有害程式碼非法利用快取記憶體溢位來執行。
英特爾也發布了一系列支援EM64T的Prescott產品，它們是AMD64對於x86體系的64位元擴充的英特爾實現方法。這些產品最初作為F系列並且僅對OEM銷售，但是後來重新命名為5x1系列並且面向大眾銷售。兩款低端的基於5x5/5x9系列的支援EM64T的Prescott也使用506和516的型號已經發布。
5x0、5x0J和5x1 Prescott為了加速一些諸如影片編輯這樣使用多執行緒軟體的處理器都整合有超執行緒技術。

Prescott 2M

英特爾在2005年第一季度發布了代號為「Prescott 2M」的編號6x0的新版Prescott內核。它包含了嶄新的64位元技術（AMD64的實現，英特爾稱為EM64T）、XD、EIST（英特爾增強SpeedStep技術）以及2MB的L2快取。然而，增加快取帶來的優勢大部分被更高的快取門檻、EM64T模式下的雙字大小所抵消。雙倍的快取與其說是為了加快速度，不如說是為了提供同樣的空間以保證64位元模式下的效能。
6xx系列的Prescott 2M處理器為了加速用於如影片編輯等多執行緒軟體的處理器，它們都包含有超執行緒技術。
2005年11月14日，英特爾發布了帶有VT（虛擬技術，代號為「Vanderpool」）的Prescott 2M處理器。英特爾只發布了兩款這種分別執行於3.6GHz和3.8GHz的Prescott 2M處理器：662和672。

Cedar Mill

英特爾將在2006年第一季度發布代號為'Cedar Mill'的最後一個奔騰4版本。有86W TDP的Cedar Mill有望解決Prescott的過熱問題。Cedar Mill有一個65nm製程的內核，帶有31級的流水線（同Prescott一樣）、800MHz的FSB、EM64T、超執行緒和虛擬技術。Cedar Mill將帶有一個2MB的L2快取。Cedar Mill將作為從頻率3GHz到3.6GHz的奔騰6x1和6x3發布，如果市場足夠大的話，英特爾將會發布4.0GHz或者更高時脈速率的晶片。

雙內核Pentium D

英特爾已經發布了市場推廣標識為Pentium D8xx的三款主流雙核Pentium 4版本。人們稱讚這些晶片每個時脈速度有60-80%的效能提升。一個極致版〔Extreme Edition〕也已上市，它有允許四個執行緒並列處理的超執行緒（Hyper Threading）技術。其它的特點包括SpeedStep技術（在3.0GHz及以上版本）、xD bit和EM64T。這些晶片在2005年5月推向了市場。
綽號為Smithfield內核的第一款Pentium D處理器使兩個相連的Prescott內核。電源消耗大約155瓦。英特爾開發人員通過讓每個內核工作在極低的時脈速率實現了降低了從Prescott的電力消耗（115瓦）的大幅度增加。極致版工作在3.2GHz，主流型號的頻率分別為3.2、3.0和2.8GHz。除805使用533MHz FSB外，其他基於Smithfield的處理器都使用800MHz的FSB。805的執行頻率為2.66GHz。

2006年第一季度推出的是Presler，它是一個Smithfield內核的65奈米版本。基於Presler的Pentium D有800MHz的FSB、發布型號將是920、930、940、950，分別工作在2.8、3.0、3.2,3.46和3.73GHz。基於Presler的奔騰極致版使用型號965，工作在3.73GHz，帶有1066MHz的FSB和超執行緒技術。