Die CPU-Virtualisierung ist auf die Leistung ausgerichtet und wird möglichst direkt auf dem Prozessor ausgeführt. Die zugrunde liegenden physischen Ressourcen werden so oft wie möglich verwendet, wobei die Virtualisierungsebene Anweisungen nur bei Bedarf ausführt, sodass die virtuellen Maschinen so funktionieren, als würden sie direkt auf einer physischen Maschine ausgeführt.
CPU-Virtualisierung ist nicht dasselbe wie Emulation. ESXi verwendet keine Emulation zum Ausführen virtueller CPUs. Bei der Emulation werden alle Vorgänge in der Software durch einen Emulator ausgeführt. Mithilfe eines Softwareemulators können Programme auf einem Computersystem ausgeführt werden, das nicht dem System entspricht, für das die Programme ursprünglich geschrieben worden sind. Der Emulator ermöglicht dies, indem er das Verhalten des ursprünglichen Computers emuliert und reproduziert. Dabei werden dieselben Daten oder Eingaben angenommen und dieselben Ergebnisse erzielt. Die Emulation ermöglicht Portabilität und wird häufig verwendet, um die für eine bestimmte Plattform konzipierte Software auf verschiedenen Plattformen auszuführen.
Wenn CPU-Ressourcen mehrfach vergeben werden, teilt der ESXi-Host die Zeitscheiben der physischen Prozessoren unter den virtuellen Maschinen auf, sodass jede virtuelle Maschine so ausgeführt wird, als würde sie über die festgelegte Anzahl an virtuellen Prozessoren verfügen. Wenn ein ESXi-Host mehrere virtuelle Maschinen ausführt, teilt er jeder virtuellen Maschine einen gleichmäßigen Anteil der physischen Ressourcen zu. Bei Verwendung der Standardeinstellungen für die Ressourcenzuteilung erhalten alle mit einem bestimmten Host verknüpften virtuellen Maschinen einen gleichen CPU-Anteil pro virtueller CPU. Dies bedeutet, dass virtuellen Maschinen mit nur einem Prozessor nur halb so viele Ressourcen zugewiesen werden wie einer virtuellen Maschine mit zwei Prozessoren.
