La virtualización de CPU se enfoca en el rendimiento y se ejecuta directamente en el procesador siempre que sea posible. Los recursos físicos subyacentes se utilizan siempre que sea posible y la capa de virtualización ejecuta instrucciones solo según sea necesario para lograr que las máquinas virtuales funcionen como si se ejecutaran directamente en una máquina física.
La virtualización de CPU no es lo mismo que la emulación. ESXi no utiliza la emulación para ejecutar CPU virtuales. En la emulación, un emulador ejecuta todas las operaciones en el software. Con un emulador de software, los programas pueden ejecutarse en un sistema distinto al sistema para el cual se escribieron originalmente. Para esto, el emulador emula o reproduce el comportamiento del equipo original. Es decir, acepta los mismos datos o entradas y logra los mismos resultados. La emulación ofrece portabilidad y permite ejecutar el software diseñado para una plataforma en varias plataformas.
Cuando se sobrecomprometen los recursos de la CPU, el host ESXi divide en intervalos el tiempo de los procesadores físicos de todas las máquinas virtuales con el fin de que cada máquina virtual se ejecute como si tuviera la cantidad de procesadores virtuales especificada. Cuando un host ESXi ejecuta varias máquinas virtuales, asigna una porción de los recursos físicos a cada máquina virtual. Con la configuración predeterminada de asignación de recursos, todas las máquinas virtuales asociadas al mismo host reciben una porción equitativa de la CPU por cada CPU virtual. Esto significa que una máquina virtual con un solo procesador recibe solamente la mitad de los recursos de una máquina virtual con procesador dual.
