PCI Express 2.0的基础技术沿袭了上一代1.0版本的技术，即都采用高速串行总线技术，依靠高频率来获得高性能，因此PCI Express也一度被人们称为"串行PCI"。由于串行传输抗干扰能力很强，容易达到较高的频率，再加上差分信号技术的辅助，PCI Express更容易达到较高的传输频率，其中PCI Express 1.0总线频率为2.5GHz，2.0版进一步提升到了5GHz。PCI Express采用全双工运作模式，基本的PCI Express拥有4根传输线路，其中2线用于数据发送，2线用于数据接收，发送数据和接收数据可以同步进行，相比之下，并行体系的PCI总线在一个时钟周期内只能做单向数据传输，效率只有PCI Express的1/2，加之PCI Express采用8b/10b编码的内嵌时钟技术，时钟信息被直接写入数据流中，这比PCI总线更能有效地节省传输通道，提高传输效率。另外，PCI Express没有沿用传统地共享式结构，它采用点对点工作模式(Peer to Peer，也被简称为P2P)，每个PCI设备都有自己的专用传输线路，这样就无需向整条总线申请带宽，可避免多个设备争抢带宽的问题，而在共享结构的PCI系统中却经常会发生多个设备争抢带宽的情况。

由于传输频率提高了一倍，PCI Express 2.0也就拥有了翻倍的效能，如一条X16图形插槽可提供高达16GB/s的传输性能，可以很好地满足高阶图形卡、协处理器加速卡等数据密集设备地需要。而除速度方面的提升以外，PCI Express 2.0也带来了一些新的技术特性，例如PCI Express 2.0新增动态连接功能，系统可以根据需要动态、连续地调整总线的速度，达到降低功耗的目的，这一功能对于节电至上的移动设备来说尤其有用。而如果传输负载增加，软件可以及时调整PCI Express 2.0的配置，使其工作在较高的频率上，以保证系统性能不会遭受影响。其次，PCI Express 2.0规范具有访问控制功能，在点对点的数据传输中，软件可以对互连的包路由进行控制，防止黑客通过欺骗或数据重新路由的手段来窃取数据。

PCI Express 2.0保持对现行1.0/1.1规范的兼容，旧的PCI Express扩展卡依然可以在PCI Express 2.0规范的系统中正常运行。同样，PCI Express 2.0扩展设备也可以工作在1.0的体统中，只不过此时设备必须工作在1.0兼容模式下。

PCI Express 2.0是PCI Express总线家族中的第二代版本。其 中第一代的PCI Express 1.0标志于2002年正式发布，它采用高速串行工作原理，接口传输速率达到2.5GHz，而PCI Express 2.0则在1.0版本基础上更进了一步，将接口速率提升到了5GHz，传输性能也翻了一番。目前新一代芯片组产品均可支持PCI Express 2.0总线技术，X1模式的扩展口带宽总和可达到1GB/s，X16图形接口更可以达到16GB/s的惊人带宽值。

PCI Express 2.0已经正式开始进入实用阶段，AMD的Radeon HD 3800系列和NVIDIA的GeForce 9系列显示卡都采用PCI Express 2.0接口技术，新一代芯片组也都全部支持PCI Express 2.0，在未来一年内即可完成更新换代。PCI Express 2.0的引入将给计算机的图形性能带来积极的影响。首先，多GPU平台将从高带宽中受益，现行芯片组还无法提供足够多的PCI Express通道，在多GPU平台中，显示卡不得不工作在X8甚至X4模式下，总线带宽称为瓶颈，迁移到2.0之后，X8模式可以提供8GB/s带宽，X4模式也能够提供4GB/s，可以很好地解决多GPU平台总线带宽不够充分的问题。其次，整合图形也将从PCI Express 2.0中受益，PCI Express 2.0可以提供足够快的通道，集成图形处理器可以获得更充裕的内存资源，这对于提升图形效能非常有帮助。而在服务器领域，串行SAS磁盘接口的速率将提升到6Gbps，万兆以太网、光线信道等高速传输链路对于总线的要求都非常高，PCI Express 2.0的及时出台显然是非常必要的。

在完成PCI Express 2.0标准制定之后，负责PCI Express总线标准的PCI-SIG组织现在开始进行新的工作，目前它们正在制定线缆版的PCI Express标准，这种快速的PCI Express线缆可以用于连接不同机架中的服务器，将多部服务器连成一个有机整体。另外，PCI-SIG在I/O虚拟化方面的工作也在持续进行，这项技术将有效地提升虚拟机对硬件资源地管理。除了这两者之外，着眼于未来的PCI Express 3.0规范也提上了日程，目前我们已知PCI Express 3.0将工作在8GHz频率上，取消了传统的8b/10b编码，它将引入包括信号强化(enhanced signaling)、数据完整性(data integrity)、传输接收均衡、PLL改善、时脉数据恢复和通用扩展等多项技术，最终规格预计将于2009年公布，2010年左右进入实用化阶段。

PCI Express 3.0标准的基本规范已经完成，PCI Special Interest Group宣布了最终版PCIe 3.0规范文本，新的规范依然向后兼容PCIe 2.0规格。新规范可以在所有计算机和外围中应用，例如服务器，工作站，游戏台式机和笔记本电脑。现在的PCI-E 2.0只能提供5GT/s的最大数据率，而PCI-E 3.0的数据传输率达到8GT/s，大大提高了总线带宽，Intel的Sandy Bridge处理器家族的服务器版本也将原生支持PCI-E 3.0。