PCI Express是新一代的總線接口。早在2001年的春季，英特爾公司就提出了要用新一代的技術取代PCI總線和多種芯片的內部連接，并稱之為第三代I/O總線技術。隨后在2001年底，包括Intel、AMD、DELL、IBM在內的20多家業界主導公司開始起草新技術的規范，并在2002年完成，對其正式命名為PCI Express。它采用了目前業內流行的點對點串行連接，比起PCI以及更早期的計算機總線的共享并行架構，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，而且可以把數據傳輸率提高到一個很高的頻率，達到PCI所不能提供的高帶寬。
PCI Express總線技術的演進過程，實際上是計算系統I/O接口速率演進的過程。PCI總線是一種33MHz@32bit或者66MHz@64bit的并行總線，總線帶寬為133MB/s到最大533MB/s，連接在PCI總線上的所有設備共享133MB/s～533MB/s帶寬。這種總線用來應付聲卡、10/100M網卡以及USB 1.1等接口基本不成問題。隨著計算機和通信技術的進一步發展，新一代的I/O接口大量涌現，比如千兆（GE）、萬兆（10GE）的以太網技術、4G/8G的FC技術，使得PCI總線的帶寬已經無力應付計算系統內部大量高帶寬并行讀寫的要求，PCI總線也成為系統性能提升的瓶頸，于是就出現了PCI Express總線。
PCI Express總線是一種完全不同于過去PCI總線的一種全新總線規范，與PCI總線共享并行架構相比，PCI Express總線是一種點對點串行連接的設備連接方式，點對點意味著每一個PCI Express設備都擁有自己獨立的數據連接，各個設備之間并發的數據傳輸互不影響，而對于過去PCI那種共享總線方式，PCI總線上只能有一個設備進行通信，一旦PCI總線上掛接的設備增多，每個設備的實際傳輸速率就會下降，性能得不到保證。PCI Express以點對點的方式處理通信，每個設備在要求傳輸數據的時候各自建立自己的傳輸通道，對于其他設備這個通道是封閉的，這樣的操作保證了通道的專有性，避免其他設備的干擾。以串行方式提升頻率增進效能，關鍵的限制在于采用什么樣的物理傳輸介質。人們普遍采用銅線路，而理論上銅這個材質可以提供的傳輸極限是10 Gbps。這也就是為什么PCI Express的極限傳輸速度的答案。
在傳輸速率方面，PCI Express總線利用串行的連接特點將能輕松將數據傳輸速度提到一個很高的頻率，達到遠超出PCI總線的傳輸速率。PCI Express的接口根據總線位寬不同而有所差異，包括x1、x4、x8以及x16(x2模式將用于內部接口而非插槽模式），其中X1的傳輸速度為250MB/s，而X16就是等于16倍于X1的速度，即是4GB/s。與此同時，PCI Express總線支持雙向傳輸模式，還可以運行全雙工模式，它的雙單工連接能提供更高的傳輸速率和質量，它們之間的差異跟半雙工和全雙工類似。因此連接的每個裝置都可以使用最大帶寬，PCI Express接口設備將有著比PCI設備優越的多的資源可用。
除了這些，PCI Express設備能夠支持熱拔插以及熱交換特性，支持的三種電壓分別為+3.3V、3.3Vaux以及+12V。考慮到顯卡功耗的日益上漲，PCI Express而后在規范中改善了直接從插槽中取電的功率限制，16x的最大提供功率達到了70W，比AGP 8X接口有了很大的提高。基本可以滿足未來中高端顯卡的需求。
可以看到PCI Express只是南橋的擴展總線，它與操作系統無關，所以也保證了它與原有PCI的兼容性，也就是說在很長一段時間內在主板上PCI Express接口將和PCI接口共存，這也給用戶的升級帶來了方便。由此可見，PCI Express最大的意義在于它的通用性，不僅可以讓它用于南橋和其他設備的連接，也可以延伸到芯片組間的連接，甚至也可以用于連接圖形芯片，這樣，整個I/O系統將重新統一起來，將更進一步簡化計算機系統，增加計算機的可移植性和模塊化。PCI Express已經為PC的未來發展重新鋪設好了路基，下面就要看PCI Express產品的應用情況了。
PCI Express 2.0是PCI Express總線家族中的第二代版本。其中第一代的PCI Express 1.0標志于2002年正式發布，它采用高速串行工作原理，接口傳輸速率達到2.5GHz，而PCI Express 2.0則在1.0版本基礎上更進了一步，將接口速率提升到了5GHz，傳輸性能也翻了一番。新一代芯片組產品均可支持PCI Express 2.0總線技術，X1模式的擴展口帶寬總和可達到1GB/s，X16圖形接口更可以達到16GB/s的驚人帶寬值。
在對可制造性、成本、功耗、復雜性、兼容性等諸多方面進行綜合、平衡之后，PCI-E 3.0規范將數據傳輸率提升到8GHz（最初也預想過10GHz），并保持了對PCI-E 2.x/1.x的向下兼容，繼續支持2.5GHz、5GHz信號機制。基于此，PCI-E 3.0架構單信道（x1）單向帶寬即可接近1GB/s，十六信道（x16）雙向帶寬更是可達32GB/s。
PCI-E 3.0同時還特別增加了128b/130b解碼機制，可以確保幾乎100%的傳輸效率，相比此前版本的8b/10b機制提升了25%，從而促成了傳輸帶寬的翻番，延續了PCI-E規范的一貫傳統。
