GPU是顯示卡的“心臟”，也就相當于CPU在電腦中的作用，它決定了該顯卡的檔次和大部分性能，同時也是2D顯示卡和3D顯示卡的區別依據。
2D顯示芯片在處理3D圖像和特效時主要依賴CPU的處理能力，稱為“軟加速”。3D顯示芯片是將三維圖像和特效處理功能集中在顯示芯片內，也即所謂的“硬件加速”功能。顯示芯片通常是顯示卡上最大的芯片（也是引腳最多的）。GPU使顯卡減少了對CPU的依賴，并進行部分原本CPU的工作，尤其是在3D圖形處理時。GPU所采用的核心技術有硬體T&L、立方環境材質貼圖和頂點混合、紋理壓縮和凹凸映射貼圖、雙重紋理四像素256位渲染引擎等，而硬體T&L技術可以說是GPU的標志。
工作原理
簡單的說GPU就是能夠從硬件上支持T&L（Transform and Lighting，多邊形轉換與光源處理）的顯示芯片，因為T&L是3D渲染中的一個重要部分，其作用是計算多邊形的3D位置和處理動態光線效果，也可以稱為“幾何處理”。一個好的T&L單元，可以提供細致的3D物體和高級的光線特效；只不過大多數PC中，T&L的大部分運算是交由CPU處理的（這就也就是所謂的軟件T&L），由于CPU的任務繁多，除了T&L之外，還要做內存管理、輸入響應等非3D圖形處理工作，因此在實際運算的時候性能會大打折扣，常常出現顯卡等待CPU數據的情況，其運算速度遠跟不上今天復雜三維游戲的要求。即使CPU的工作頻率超過 1GHz或更高，對它的幫助也不大，由于這是PC本身設計造成的問題，與CPU的速度無太大關系。
GPU圖形處理，可以大致分成 5 個步驟，如下圖箭頭的部分。分別為 vertex shader、primitive processing、rasterisation、fragment shader、testing and blending。
三維座標繪圖并產生屏幕輸出的圖形
第一步，vertex shader。是將三維空間中數個（x,y,z）頂點放進 GPU 中。在這一步驟中，電腦會在內部模擬出一個三維空間，并將這些頂點放置在這一空間內部。接著，投影在同一平面上，也是我們將看到的畫面。同時，存下各點距離投影面的垂直距離，以便做后續的處理。
這個過程就像是本地球觀看星星一般。地球的天空，就像是一個投影面，所有的星星，不管遠近皆投影在同一面上。本地球的我們，抬起頭來觀看星星，分不出星星的遠近，只能分辨出亮度。GPU 所投影出的結果，和這個情況類似。
從地球所看到的星空，星星就像是投影到一球面上，除非使用特別的儀器，不然分不出星星和地球的距離
第二步，primitive processing。是將相關的點鏈接在一起，以形成圖形。在一開始輸入數個頂點進入 GPU 時，程序會特別注記哪些點是需要組合在一起，以形成一線或面。就像是看星座的時候一樣，將相關連的星星連起來，形成特定的圖案。