PCI-Express stanowi magistralę lokalną typu szeregowego, łączącą dwa punkty (Point-to-Point). Nie jest to więc magistrala w tradycyjnym rozumieniu, i nie jest rozwinięciem koncepcji "zwykłego" PCI. Taka konstrukcja eliminuje konieczność dzielenia pasma pomiędzy kilka urządzeń - każde urządzenie PCI-Express jest połączone bezpośrednio z kontrolerem. Sygnał przekazywany jest za pomocą dwóch linii, po jednej w każdym kierunku. Częstotliwość taktowania wynosi 2,5 GHz. Protokół transmisji wprowadza dwa dodatkowe bity, do każdych ośmiu bitów danych (kodowanie 8/10). Zatem przepustowość jednej linii wynosi 250 MB/s. W związku z tym, że urządzenia mogą jednocześnie przekazywać sygnał w obydwu kierunkach (full-duplex) to można ewentualnie przyjąć, że w przypadku takiego wykorzystania złącza, transfer może sięgać 500 MB/s. Możliwe jest kilka wariantów tej magistrali - z 1, 2, 4, 8, 12, 16 lub 32 liniami (każda składająca się z dwóch 2-pinowych części - nadawczej i odbiorczej). Wraz ze wzrostem liczby linii wydłużeniu ulega gniazdo, jego konstrukcja (poprzez wspólną część początkową i jedynie dodawanie na końcu nowych linii) umożliwia włożenie wolniejszej karty do szybszego gniazda (w drugą stronę jest niemożliwe). Gniazdo 1x ma 18 pinów z każdej strony, gniazdo x4 - 32, gniazdo x8 - 49, zaś gniazdo x16 - 82 piny z każdej strony.