Architektura AMD K10 (Phenom) wnosi kilka istotnych zmian w stosunku do K8/K9. Przede wszystkim mamy do czynienia z układami czterodzeniowymi, w dodatku zaprojektowanymi z góry jako procesory czterodzeniowe - w przeciwieństwie do układów Kentsfield i Penryn Intela, które są "sklejkami" dwóch procesorów dwurdzeniowych. Według AMD taka budowa procesorów Phenom powinna im zapewnić wyższą efektywność podczas pracy w trybie tzw. "megataskingu", czyli przy wykorzystywaniu "masywnej wielowątkowości".

Phenomy mają trzy poziomy pamięci cache. Na każdy rdzeń przypada po 512 kB pamięci drugiego poziomu (L2), co daje łącznie 2 MB pamięci L2. Otrzymały ponadto pamięć L3 - 2 MB - którą współdzielą wszystkie cztery rdzenie. Pamięć ta ułatwia rdzeniom wymianę danymi. Podobne rozwiązanie, tyle że zastosowaniem pamięci L2, znajduje się w dwurdzeniowych procesorach rodziny Intel Core (w przypadku układów czterordzeniowych na każde dwa rdzenie przypada odrębny blok pamięci L2).

Układy AMD Phenom otrzymały 128-bitowe jednostki zmiennoprzecinkowe o wysokiej wydajności, zapewniające procesorom wysokie osiągi w aplikacjach naukowych, multimedialnych czy grach. W Phenomach poprawiono także jednostki przewidywania rozgałęzień, które pracują efektywniej w aplikacjach pisanych w C++, Javie czy Visual Basicu.

W procesorach znalazł się kontroler pamięci DDR2, obsługujący moduły do DDR2 1066 włącznie.

Z płytą główną procesory Phenom komunikują się przez łącze HyperTransport 3.0, zapewniające przepustowość nawet do 20,8 GB/s (w porównaniu do HT 1.0 - 6,4 GB/s i HT 2.0 - 8 GB/s).

Procesory Phenom wykorzystują ponadto nowy typ podstawki Socket AM2+, chociaż - jak zapewnia AMD - działają także na starszych płytach z podstawką AM2 (tylko że przełączają się wtedy w tryb HyperTransport 1.0 lub 2.0, co lekko obniża ich osiągi).