Mit PAE sind bis zu 64 GiB (2^36 Byte) Hauptspeicher adressierbar.
PAE wird bei Prozessoren (ab Intel Pentium Pro, AMD Athlon) eingesetzt, um mehr als 4 GiB Arbeitsspeicher benutzen zu können. Dies ist möglich, da diese Prozessoren einen 36 Bit breiten Adressbus besitzen. Spezielle Erweiterungen in der Paging-Einheit der CPU sorgen dafür, dass 36-bittige physikalische Adressen generiert werden.
Der in einem Prozess bzw. einem Task nutzbare Speicher ist jedoch weiterhin auf 4 GiB begrenzt, sofern man ein lineares Speichermodell („flat memory“) verwendet, da die verwendeten Adressregister nur 32 Bit breit sind.
Um PAE nutzen zu können, muss es vom Betriebssystem unterstützt werden. Aktuelle Linux-Versionen unterstützen uneingeschränkt PAE (ab Kernel 2.4.4; über Kernelconfig-Option). FreeBSD, NetBSD sowie OpenBSD (bisher nur in -current) und Solaris unterstützen PAE ebenfalls uneingeschränkt und adressieren den gesamten 64-GiB-Adressraum. Bei den Microsoft-Betriebssystemen ist die Unterstützung je nach Lizenzversion größtenteils eingeschränkt, es steht dann nicht immer der gesamte 64-GiB-Adressraum zur Verfügung. Derzeit wird PAE von den Windows-Versionen Windows 2000 (Professional 4 GiB, Advanced Server 8 GiB, Datacenter Server 64 GiB; über Boot-Option), Windows XP und Windows Vista (4 GiB; über Boot-Option), Windows Server 2003 R2 (Standard Edition 4 GiB, Enterprise Edition 32 GiB, Datacenter Edition 64 GiB; Boot-Option) unterstützt. Für die Address Windowing Extension müssen je nach Windows-Version eventuell zusätzliche Service Packs eingespielt werden.