Die neuen Kerne mit den Codenamen Conroe (Desktop) und Merom (Mobile) werden jeweils in einem 65 nm Fertigungsprozess hergestellt und verfügen je nach Modell über 2 (Allendale) oder 4 MB Shared Second-Level-Cache. Shared L2-Cache bedeutet dank Advanced Smart Cache Technologie, dass jeder Kern das aktuell benötigte Volumen des Caches dynamisch zugewiesen bekommt. So ist es beispielsweise auch möglich, dass Anwendungen die nicht Multithreaded sind und daher nur einen Kern benutzen, auf die vollen 2 oder 4 MB des L2-Cache zurückgreifen können. Weitere Technologien der Core 2 Generation sind beispielsweise Wide Dynamic Execution (erlaubt mehr Instruktionen pro Prozessortakt durch breitere Ausführungseinheiten; 4 statt bisher 3; Verkürzung der Execution-Pipelines von 31 auf 14 Stufen), Smart Memory Access (höhere Performance durch verminderte Speicherlatenzen), EM64T (Extended Memory 64 Technology), Vanderpool Virtualisierung (Intel VT) und viele mehr.

Besonders wichtig für die Merom-Modelle sind die Technologien Dynamic Power Coordination (regelt für jeden Kern einzeln die Enhanced Intel SpeedStep Technologie und die Übergänge des Prozessors in die verschiedenen Idle Power-Management States (C-states), um so Strom einzusparen) und Dynamic Bus Parking (ermöglicht Strom zu sparen, indem der jeweilige Chipsatz einen deutlich niedrigeren Stromverbrauchszustand einnimmt wenn der Prozessor mit geringerer Frequenz taktet. Wird nur ein Teil der Busbandbreite benötigt schaltet der Chipsatz in diesem Fall nur Teile des Busses ein). Durch den neuen "Power Status Indicator" (PSI), kann der Voltage Regulator besser arbeiten. So kann die Spannung noch besser nach unten geregelt werden, falls wenig Takt benötigt wird, oder nichts zu tun ist. Der neu entwickelte "Digital Thermal Sensor" (DTS), ersetzt nun die bisherigen Dioden zur Temperaturmessung. Die neuen digitalen Sensoren sitzen an kritischen Stellen des DIEs auf so genannte Hot Spots. Dadurch ist die Prozessortemperatur nun viel genauer zu erfassen. So können Lüfter heruntergeregelt werden, um einen Silentbetrieb zu ermöglichen oder der Sicherheitsabstand zur maximalen Kerntemperatur und vorhanden Temperatur verringert werden. Durch das "Platform Environment Control Interface" (PECI) werden diese Temperaturen ausgewertet. Dies geschieht über den eigenen Bus von der CPU zur Northbridge. Alle Energiesparfeatures werden unter der Bezeichnung Intelligent Power Capability vereint.

Weitere Veränderungen umfassen auch den First-Level-Cache, welcher in der neusten Prozessorgeneration von Intel etwas angewachsen ist: L1-Execution-Cache und L1-Daten-Cache betragen nun jeweils 32 KB je Kern. Hier fällt zudem auf, dass im Vergleich zu NetBurst die L1-Execution-Angabe nicht mehr in µOps spezifiziert wird, sondern direkt mit einer Kapazität. Ab dem Pentium Pro verfügten Intel-Prozessoren über eine vorgeschaltete Funktionseinheit, welche komplexe Befehle (CISC) in RISC-Befehle übersetzte und das ganze somit "hard-coded" ausgeführt werden konnte - diese Variante musste nun einer Befehlsbibliothek weichen. "Merom New Instructions" bezeichnen derweil 16 neue Befehlssätze der Core 2 Prozessoren, jedoch hat man bisher auf eine spezielle Vermarktung verzichtet, was heißt, dass offiziell hier nicht von SSE4 die Rede ist. Zusammen mit den neuen Instruktionen (MNI), weiteren Verbesserungen und den bekannten 128 Bit Befehlssätzen SSE, SSE2 und SSE3 fasst Intel das ganze unter dem Technologienamen Advanced Digital Media Boost zusammen.