Athlon XP – „Palomino” – został wypuszczony 14 maja 2001. Dołączono do niego obsługę instrukcji SSE (obsługiwanych do tej pory tylko przez Pentium III) nazwanych przez AMD 3DNow! Professional. Pierwsze modele były taktowane zegarami od 1333 do 1733 MHz. Główne zmiany polegały na optymalizacji jądra procesora i spowodowały mniej więcej 10% poprawę wydajności w porównaniu z Thunderbirdem o takiej samej częstotliwości. Zmniejszono także nieco pobór prądu, umożliwiając w ten sposób zwiększenie szybkości taktowania. Poważnym problemem Palomino był fakt, że generowały one bardzo dużo ciepła. Pierwsza wersja Athlona MP (do zadań wieloprocesorowych SMP) miała bardzo duże kłopoty związane z emisją ciepła. Athlon XP mimo niższego taktowania był wydajniejszy niz Pentium 4.

Sempron – seria niskobudżetowych procesorów produkowanych przez firmę AMD. Zastąpiła ona linię Durona jako konkurencja dla procesorów Celeron firmy Intel.