x86的处理器增加了额外的地址线以选择那些增加了的记忆体，所以实体记忆体的大小从32位增加到了36位。最大的实体记忆体由4GiB增加到了64GiB。

32位的虚拟地址（线性地址）则没有变，所以一般的套用软体可以继续使用地址为32位的指令；如果用平面记忆体模式的话，这些软体的地址空间也被限制为4GiB。作业系统用页表将这4GiB的地址空间映射到大小为64GiB的实体记忆体，而这个映射对各个进程一般是不一样的。这样一来，即使不能为单单一个程式所用，那些增加了的物理记忆体仍然可以发挥作用。

对于需要超过4GiB记忆体的套用软体来说，除了一般的PAE支持，还需要作业系统提供的特殊的技术。在Windows上，这种技术叫做Address Windowing Extensions（AWE）。而在类Unix的系统上则有多种技术在使用，例如使用mmap()按需要把一部分档案映射到地址空间；，这还没有成为一个标準。

在传统的32位的保护模式中，x86处理器使用一种两级的转换方案。在这种方案中，控制暂存器CR3指向一个长4KiB的页目录（page directory）；页目录又分为1024个每个4KiB的页表（page table）；页表又分为1024个每个长4KiB的页。

启用PAE（通过设定控制暂存器CR4的第5位来启用）会改变上面的方案。默认情况下，每页的大小是4KiB的。页表和页目录中的表项都从32位扩为64位（8位元组）以使用附加的地址位。，页表和页目录的总大小不变。所以，页表和页目录现在都只有512个表项。因为这变成了原来方案的一半，所以的一个级加了进来CR3现在指向的是页目录指针表，即一个包含4个页目录指针的表。

页目录里的表项的第7位叫做PS（Page Size）。如果这个位设为1，则页目录的表项不再指向页表，而是指向一个2MiB的页。页目录里还有一个叫NX位元的标誌位。它是第63位，表示No eXecute。因为页表项中最低的12位，要幺是这种标识位，要幺是和作业系统相关的数据，所以最多可有52位在将来用于在2^52位元组，即4pebibyte的物理记忆体中定址。

现在，x86架构只使用该52位中的36位。对于在长模式（long mode）中的x86-64处理器，PAE是必须的；其中使用了52位中的40位或48位[1]。

CPU对PAE模式的支持可以通过CPUID标誌PAE来识别。

FreeBSD的4.x系列从4.9开始支持PAE，而5.x系列则从5.1开始。6.x及以后的系列都支持PAE。对核心的关于PAE的配置是必须的。如果一个可载入核心模组是启用了PAE的，则它只可以被载入到一个启用了PAE的核心；FreeBSD中二进制版本的模组没有启用PAE，所以它们不能载入到启用了PAE的核心。并不是所有驱动程式都支持4GiB的物理记忆体的；这种驱动程式不能在启用了PAE的核心下正常工作。

Linux核心从2.6版本开始全面支持PAE，这使得在32位的机器上可以访问64GB的记忆体。启用了PAE的Linux核心还需要同样支持PAE的CPU。从2008年起，很多一般的发布的Linux版本都默认使用启用了PAE的核心。

运行在Intel　CPU上的Mac OS X都支持PAE和NX位；在受苹果支持的CPU上它也支持该两种特性。即使Mac OS X 10.5 Leopard核心仍然是32位的，Mac Pro和Xserve系统现在也是支持32GiB的RAM的。

Solaris从版本7开始支持PAE。，版本7的那些没有专门支持PAE的第三方驱动程式在支持PAE的系统上可能会发生错误，甚至完全崩溃。

PAE受下列版本的32位版的Windows所支持

Windows XP SP2和其他新的版本，默认在有no-execute (NX)和execute-disable (XD)特性的处理器上以PAE模式运行以允许NX。NX（或XD）在页表项的第63位。如果没有PAE，页表项只就32位；所以要利用NX这个特性的话，就必须运行在PAE模式下。，基于为保证驱动兼容等原因，微软通过许可证，在核心中把桌面版Windows（包括Windows XP、Windows Vista和Windows 7）和部分低端Windows Server的物理地址空间限制为4GiB。