Virtualizacija CPU-a uključuje jedan CPU koji se ponaša kao da su dva odvojena CPU-a. Zapravo, ovo je poput pokretanja dva odvojena računala na jednom fizičkom stroju. Možda je najčešći razlog za to pokretanje dva različita operacijska sustava na jednom računalu.
CPU, ili središnja procesorska jedinica, vjerojatno je najvažnija komponenta računala. To je dio računala koji fizički izvršava upute aplikacija koje se pokreću na računalu. CPU je često poznat jednostavno kao čip ili mikročip.
Način na koji CPU komunicira s aplikacijama određen je operacijskim sustavom računala. Najpoznatiji operativni sustavi su Microsoft Windows®, Mac OS® i razni sustavi otvorenog koda pod zastavom Linuxa. U principu CPU može istovremeno raditi samo s jednim operativnim sustavom. Moguće je instalirati više od jednog sustava na tvrdi disk računala, ali obično samo jedan može biti pokrenut istovremeno.
Cilj virtualizacije CPU-a je da CPU radi na isti način na koji bi radila dva odvojena CPU-a. Vrlo pojednostavljeno objašnjenje kako se to radi je da je softver za virtualizaciju postavljen na način da on, i sam, komunicira izravno s CPU-om. Sve ostalo što se događa na računalu prolazi kroz softver. Softver tada dijeli svoju komunikaciju s ostatkom računala kao da je spojeno na dva različita CPU-a.
Jedna upotreba CPU virtualizacije je dopustiti da dva različita operacijska sustava rade odjednom. Na primjer, Apple računalo moglo bi koristiti virtualizaciju i za pokretanje verzije sustava Windows®, dopuštajući korisniku pokretanje aplikacija samo za Windows®. Slično Linux računalo može pokrenuti Windows® putem virtualizacije. Također je moguće koristiti virtualizaciju CPU-a za pokretanje Windows® na Mac® ili Linux PC-u ili za istovremeno pokretanje Mac OS® i Linuxa.
Još jedna prednost virtualizacije je dopustiti da jedno računalo koristi više ljudi odjednom. To bi funkcioniralo na jednom stroju s CPU-om koji pokreće softver za virtualizaciju, a stroj bi se potom povezivao s više “stolova”, svaki s tipkovnicom, mišem i monitorom. Svaki bi korisnik tada pokrenuo svoju kopiju operacijskog sustava kroz isti CPU. Ova je postavka osobito popularna na mjestima kao što su škole na tržištima u razvoju gdje su proračuni mali. Najbolje funkcionira tamo gdje korisnici uglavnom pokreću aplikacije s relativno niskim zahtjevima za obradu kao što su pregledavanje weba i obrada teksta.
Virtualizaciju CPU-a ne treba miješati s multitaskingom ili hiperthreadingom. Multitasking je jednostavno čin pokretanja više od jedne aplikacije u isto vrijeme. Svaki moderni operativni sustav dopušta da se to učini na jednom CPU-u, iako se tehnički u svakom trenutku obrađuje samo jedna aplikacija. Hyperthreading je mjesto gdje kompatibilni CPU-i mogu pokretati posebno napisane aplikacije na način da izvode dvije radnje u isto vrijeme.