流水線技術是一種將每條指令分解為多步，并讓各步操作重疊，從而實現幾條指令并行處理的技術。程序中的指令仍是一條條順序執行，但可以預先取若干條指令，并在當前指令尚未執行完時，提前啟動后續指令的另一些操作步驟。這樣顯然可加速一段程序的運行過程。
市場上推出的各種不同的1 6位/ 3 2位微處理器基本上都采用了流水線技術。如8 0 4 8 6和P e n t i u m均使用了6步流水線結構，流水線的6步為：
（ 1 ） 取指令。C P U從高速緩存或內存中取一條指令。
（ 2 ） 指令譯碼。分析指令性質。
（ 3 ） 地址生成。很多指令要訪問存儲器中的操作數，操作數的地址也許在指令字中，也許要經過某些運算得到。
（ 4 ） 取操作數。當指令需要操作數時，就需再訪問存儲器，對操作數尋址并讀出。
（ 5 ） 執行指令。由A L U執行指令規定的操作。
（ 6 ） 存儲或"寫回"結果。zui后運算結果存放至某一內存單元或寫回累加器A。
在理想情況下，每步需要一個時鐘周期。當流水線*裝滿時，每個時鐘周期平均有一條指令從流水線上執行完畢，輸出結果，就像轎車從組裝線上開出來一樣。P e n t i u m、Pentium Pro和Pentium II處理器的超標量設計更是分別結合了兩條和三條獨立的指令流水線，每條流水線平均在一個時鐘周期內執行一條指令，所以它們平均一個時鐘周期分別可執行2條和3條指令。
流水線技術是通過增加計算機硬件來實現的。例如要能預取指令，就需要增加取指令的硬件電路，并把取來的指令存放到指令隊列緩存器中，使M P U能同時進行取指令和分析、執行指令的操作。因此，在1 6位/3 2位微處理器中一般含有兩個算術邏輯單元A L U，一個主A L U用于執行指令，另一個A L U于地址生成，這樣才可使地址計算與其它操作重疊進行