Вначале все процессоры Pentium II производились по 0,35-микронной технологии. А уже при изготовлении Pentium II 333 МГц используется 0,25-микронная технология. Это дает возможность уменьшить кристалл, увеличить тактовую частоту и снизить потребляемую мощность. При тактовой частоте 333 МГц эффективность процессора Pentium II на 75-150% выше, чем Pentium MMX 233 МГц, а при проведении эталонных мультимедийных тестов приблизительно на 50% выше.

Если не учитывать скорость, то процессор Pentium II можно рассматривать как комбинацию Pentium Pro и технологии MMX. У него такие же многопроцессорные возможности и точно такой же интегрированный кэш второго уровня, как у Pentium Pro, а у MMX заимствованы 57 новых мультимедиа-команд. Кроме того, в Pentium II объем внутренней кэш-памяти первого уровня вдвое выше, чем в Pentium Pro (теперь он составляет не 16, а 32 Кбайт).

Как и в Pentium Pro, в Pentium II реализована архитектура двойной независимой шины (Dual Independent Bus — DIB). Термин двойная независимая шина своим происхождением обязан двум независимым шинам в процессоре Pentium II — шине кэш-памяти второго уровня и системной шине, по которой происходит обмен данными между процессором и основной памятью. Pentium II может использовать обе шины одновременно, поэтому интенсивность обмена данными других устройств с Pentium II может быть вдвое выше, чем с процессором, в котором использовалась архитектура одиночной шины. Архитектура двойной независимой шины позволяет повысить быстродействие кэш-памяти второго уровня процессора Pentium II 333 МГц в 2,5 раза. Причем с увеличением тактовой частоты процессоров

Pentium II возрастает и быстродействие кэш-памяти второго уровня. Кроме того, системная шина с конвейерной организацией позволяет параллельно выполнять два потока транзакций, а не один. Все эти улучшения архитектуры двойной независимой шины увеличивают ее пропускную способность почти в три раза по сравнению с пропускной способностью шины с одиночной архитектурой у обычного процессора Pentium. 26 января 1998 году вышел процессор из линейки Pentium II с названием ядра – Deschutes. От Klamath отличался более тонким технологическим процессом – 0.25 мкм и частотой шины 100 МГц. Имел тактовые частоты 350, 400, 450 МГц. Выпускался в конструктиве S.E.C.C, который в старших моделях был сменен на S.E.C.C.2 - кэш с одной стороны от ядра, а не с двух, как в стандартном Deschutes и измененное крепление кулера. Последнее ядро, официально применявшееся в процессорах Pentium II, хотя последние модели Pentium II 350-450 шли с ядром, уже больше напоминавшим Katmai - только, естественно, с обрезанным SSE. Осталась поддержка MMX. Кэш первого уровня – все те же 32 Кб (16 + 16). Кэш второго уровня также не изменился – 512 Кб работающие на половинной частоте. Процессор состоял из 7.5 млн. транзисторов и выпускался для разъема Slot 1.