PCI Express采用目前業界流行的點對點串行連接。與PCI和早期計算機總線的並行架構相比，每個設備都有自己的專用連接，不需要向整個總線請求帶寬，可以將數據傳輸速率提高到很高的頻率，達到PCI無法提供的高帶寬。與傳統的PCI總線只能在單個時間段內實現單向傳輸相比，PCI Express的雙單工連接可以提供更高的傳輸速率和質量，兩者的區別類似於半雙工和全雙工。
PCI Express的接口根據總線位寬而不同，包括X1、X4、X8和X16(內部接口將使用X2模式，而不是插槽模式)。較短的PCI Express卡可以插入較長的PCI Express插槽中使用。PCI Express接口可以支持熱插拔，也是壹大飛躍。PCI Express卡支持的三個電壓分別是+3.3V、3.3Vaux和+12V。用於替代AGP接口的PCI Express的位寬為X16，將能夠提供5GB/s的帶寬，即使存在編碼損失，但仍能提供4GB/s左右的實際帶寬，遠超AGP 8X的2.1GB/s的帶寬。
PCI Express規範從1通道連接到32通道，擴展性很強，可以滿足不同系統設備對數據傳輸帶寬的不同要求。例如，PCI Express X1規範支持雙向數據傳輸，每個方向的數據傳輸帶寬為250MB/s。PCI Express X1已經可以滿足主流音效芯片、網卡芯片、存儲設備對數據傳輸帶寬的需求，但遠遠不能滿足圖形芯片對數據傳輸帶寬的需求。因此，傳統的AGP總線必須被PCI Express X16取代，即16條點對點數據傳輸通道。PCI Express X16還支持雙向數據傳輸，雙向帶寬4GB/s，雙向8GB/s。相比之下，廣泛使用的AGP 8X數據傳輸僅提供2.1GB/s/s的帶寬..
雖然PCI Express的技術規範允許實現X1(250MB/ s)、X2、X4、X8、X12、X16和X32通道規範，但在目前的形式下，PCI Express X1和PCI Express X16將成為PCI Express的主流規範。同時，芯片組廠商將在南橋芯片中增加對PCI Express X1的支持，在北橋芯片中增加對PCI Express X16的支持。PCI Express除了提供極高的數據傳輸帶寬外，還使用串行數據包來傳輸數據，因此PCI Express接口的每個管腳都可以獲得比傳統I/O標準更多的帶寬，可以降低PCI Express設備的生產成本和體積。此外，PCI Express還支持高級電源管理、熱插拔、同步數據傳輸和優先級數據傳輸的帶寬優化。
在兼容性方面，PCI Express在軟件上兼容當前的PCI技術和設備，支持PCI設備和內存模塊的初始化，這意味著當前的驅動程序和操作系統可以支持PCI Express設備，而不必重新發明。