Athlon 64 X2 je první vícejádrový procesor pro domácí využití od firmy AMD. Principiálně jsou to dvě spojená procesorová jádra v jednom pouzdře. Jádra jsou založena na E-řadě Athlonu 64, podle modelu obsahují 512 nebo 1024 KiB L2 Cache na jádro a sdílí jeden dvoukanálový řadič paměti. Athlon X2 je schopen dekódovat SSE3 instrukce. Toto vylepšení není unikátní pro X2, obsahují jej i nové jádra Athlonu 64 - Venice a San Diego.