在工作原理上，PCI Express與并行體系的PCI沒有任何相似之處，它采用串行方式傳輸數據，而依靠高頻率來獲得高性能，因此PCI Express也一度被人稱為“串行PCI”。由于串行傳輸不存在信號干擾，總線頻率提升不受阻礙，PCI Express很順利就達到2.5GHz的超高工作頻率。其次，PCI Express采用全雙工運作模式，最基本的PCI Express擁有4根傳輸線路，其中2線用于數據發送，2線用于數據接收，也就是發送數據和接收數據可以同時進行。相比之下，PCI總線和PCI-X總線在一個時鐘周期內只能作單向數據傳輸，效率只有PCI Express的一半;加之PCI Express使用8b/10b編碼的內嵌時鐘技術，時鐘信息被直接寫入數據流中，這比PCI總線能更有效節省傳輸通道，提高傳輸效率。第三，PCI Express沒有沿用傳統的共享式結構，它采用點對點工作模式(Peer to Peer，也被簡稱為P2P)，每個PCI Express設備都有自己的專用連接，這樣就無需向整條總線申請帶寬，避免多個設備爭搶帶寬的糟糕情形發生，而此種情況在共享架構的PCI系統中司空見慣。

　　由于工作頻率高達2.5GHz，最基本的PCI Express總線可提供的單向帶寬便達到250MBps(2.5Gbps×1 B/8bit×8b/10b=250MBps)，再考慮全雙工運作，該總線的總帶寬達到500MBps—這僅僅是最基本的PCI Express ×1模式。如果使用兩個通道捆綁的×2模式，PCI Express便可提供1GBps的有效數據帶寬。依此類推，PCI Express ×4、×8和×16模式的有效數據傳輸速率分別達到2GBps、4GBps和8GBps。這與PCI總線可憐的共享式133MBps速率形成極其鮮明的對比，更何況這些都還是每個PCI Express可獨自占用的帶寬。

　　在PCI-E架構出現后，X86架構的產品有機會能和ASIC、NP架構的產品在性能上做抗衡，同時由于X86架構的產品在設計和開發上的便利性，產品競爭能力將進一步提高。