Kelių branduolių procesorius yra integruota grandinė, kuri duomenims tvarkyti naudoja du ar daugiau atskirų procesorių arba branduolių. Šerdys gali būti prijungtos prie vienos integrinės grandinės arba integruotos į atskirus štampelius lustų pakuotėje. Kiekvienas branduolys turi savo talpyklą ir kiekvienas turi atskirą pajėgumą apdoroti duomenis.
Kelių branduolių procesoriaus pranašumas yra didesnis greitis. Tradicinis vieno branduolio procesorius kai kuriuos duomenis saugo talpykloje, o kai reikalingi duomenys, esantys už talpyklos ribų, jie turi būti nuskaityti iš kitų vietų, pvz., laisvosios kreipties atminties (RAM). Kai taip nutinka, procesoriaus greitis sulėtėja iki didžiausio RAM ar kito saugojimo įrenginio greičio. Šis greitis paprastai yra daug mažesnis nei didžiausias procesoriaus greitis.
Kelių branduolių procesoriai yra greitesni, nes kiekvienas branduolys gali valdyti savo duomenų srautą. Nors kelių branduolių procesoriai vis dar selektyviai kaupia duomenis talpykloje ir nuskaito ne talpyklos duomenis iš kitų saugojimo vietų, papildomas branduolys ar branduoliai gali toliau vykdyti komandas ir gauti informaciją įprastu procesoriaus greičiu, o kitas procesorius nuskaito reikiamą informaciją iš lėto saugojimo įrenginių. Tokiu būdu visai sistemai nereikia sulėtinti greičio, kol gaunami duomenys.
Kelių branduolių procesorius yra ypač vertingas atliekant daugiafunkcinius veiksmus, kai daugiau nei viena programa aptarnauja savo duomenų rinkinį apdorojimui. Atskiri duomenų srautai gali būti tvarkomi skirtingų branduolių, todėl padidėja bendras apdorojimo greitis. Kad viena programinė įranga galėtų pasinaudoti kelių branduolių technologija, ji turi turėti vienalaikę kelių gijų technologiją (SMT), leidžiančią siųsti lygiagrečius instrukcijų rinkinius, skirtus naudoti keliems branduoliams.
Pirmasis komerciškai prieinamas kelių branduolių procesorius buvo dviejų branduolių procesorius. Taip pat yra kelių branduolių keturių, šešių ir aštuonių branduolių procesoriai. Tačiau daugelis pagrindinių plokščių nepajėgios apdoroti tiek daug branduolių. Kelių branduolių sistemos gali būti vienalytės, naudojant visas identiškas šerdis, arba nevienalytės, naudojant neidentiškas šerdis.
Nors kelių branduolių procesoriai yra skirti padidinti bendrą greitį ir našumą, ne visos programos naudoja kelių branduolių apdorojimo technologiją. Daugelyje programų ir net kai kuriose operacinėse sistemose trūksta SMT, reikalingo naudoti daugiau nei vieną apdorojimo branduolį. Operacinės sistemos, kuriose naudojamas kelių branduolių apdorojimas, ne visada yra sukurtos taip, kad maksimaliai padidintų kelių branduolių apdorojimo potencialą, todėl visa apdorojimo galimybė dažnai nerealizuojama.
Kelių branduolių procesorius gamina daugiau šilumos nei vieno branduolio procesorius, todėl kyla šilumos valdymo problemų. Procesoriaus gaminamos šilumos kiekis linkęs eksponentiškai didėti su kiekviena papildoma šerdimi. Dėl aukštos temperatūros procesoriai gali perkaisti, o tai gali sukelti veikimo problemų ir pavojų saugai. Procesorių gamintojai turėjo investuoti daug laiko ir technologijų kurdami sprendimus, kaip išspręsti kelių branduolių procesorių keliamus terminius iššūkius.