64位彙編中暫存器除了段暫存器外，其餘的都是64位，即8位元組，所以棧結構的入棧和出棧位元組數都要求模8。相比32位彙編，64位彙編的通用暫存器在數量上多了8個，共有16個通用暫存器，其中八個是相容32位彙編的，分別是將原來的名稱e**改成了r**，如eax改成rax，其餘8個分別命名為R8、R9、……R15，EIP和EFlags都改成RIP和RFlags，高32位都是0.，浮點暫存器還是64位，於32位彙編中一樣，分別稱為MMX0（或記為FPR0）、……、MMX7（或記為FPR7）。另外，還增加了16個128位的多媒體暫存器——XMM0、……XMM15，俗稱SSE指令，XMM0等多媒體指令又是256位暫存器YMM0等的低128位，這些多媒體暫存器的出現可以是得float型資料計算非常快，一次算四個，相當於原來的兩倍，廣泛應用於遊戲、視訊和音樂中。用於除錯64位程式的偵錯程式有WndDbg和X64Dbg。rax等初始8個通用暫存器，取其中的低32位、第16位、第8位分別用相應的暫存器取便是，如rax分別是eax、ax、al，R8等後來按序號命名的暫存器取64位、低32位、低16位、低8位分別用R8、R8D、R8W、R8B等。