Procesor 80386 może pracować w trzech trybach: rzeczywistym, chronionym i wirtualnym. W 32-bitowym trybie chronionym procesor 386 może adresować liniowo do 4 GB pamięci. W stosunku do 80286 usprawniono przełączanie trybów. W 80286 powrót z trybu chronionego do rzeczywistego wiązał się z koniecznością resetu procesora, co trwało dość długo. W 80386 powrót nie wymaga resetu procesora i z tego powodu jest znacznie szybszy.
Istotną zmianą było dodanie do procesora jednostki MMU, która pozwalała na swobodne kształtowanie mapy pamięci. Przez długi czas możliwości te były wykorzystywane przez oprogramowanie jedynie w minimalnym stopniuw systemie MS-DOS dodatkową pamięć w komputerach z procesorami 80386 początkowo wykorzystywano jako ramdysk.
80386 mógł współpracować z koprocesorem 80387 (w pierwszych modelach komputerów stosowano też czasem 80287). Istniał także koprocesor 3167 opracowany przez firmę Weitek, o znacząco większej mocy obliczeniowej. Tylko wybrane programy potrafiły z niego skorzystać.