Die Architektur der Schnittstelle Thunderbolt basiert auf zwei zukunftsweisenden Standards. Der erste ist der Standard PCI-E und der zweite DP.
Der Vorteil des Standards PCI-E ist seine Vielseitigkeit, breite Reihe von Anwendungen in den bestehenden PC (Personal Computer) - viele Technologien werden gerade für die Verbindung und Zusammenarbeit mit dem Bus PCI-E konzipiert - und der Möglichkeit der direkten Verbindung mit dem Bus PCI-E auf der Grundleiterplatte des PC.
Ein Vorteil des Ports DP ist die Fähigkeit, auch eine höhere Auflösung als Full HD (z. B. 4K oder 5K) mit einer immer größeren Bildfrequenz zu erreichen. Zusammen mit dem Bild kann auch ein 8-Kanal-Ton übertragen werden.
Der physische Stecker Mini DP ist mit dem klassischen Port DP abwärtskompatibel. Die maximale Übertragungsrate des DP an sich beträgt 5,4 Gbit/s, wenn alle vier Verbindungen genutzt werden. Bei einer Verbindung über die Schnittstelle TB steigt die Datenrate auf 10 Gbit/s. Die Gesamtgeschwindigkeit bei einer Übertragung in zwei Kanälen und in beiden Richtungen beträgt daher 20 Gbit/s.
Das Blockdiagramm auf dem folgenden Bild zeigt die Architektur der Schnittstelle Thunderbolt.
In den Controller TB gehen die Daten vom Port DP und vom Bus PCI-E ein. Der Controller kombiniert die Daten mit den Paketen, die gemeinsam über ein aktives TB-Kabel übertragen werden.
Die Verwendung von aktiven Kabeln hat jedoch ungünstige thermische Wirkungen. Auf dem angeschlossenen nicht aktiven Stecker kann eine Temperatur von ungefähr 43°C gemessen werden. Im aktiven Zustand kann die Temperatur bis auf 50°C steigen. Auf dem Kabel zwischen den Steckern unterscheidet sich die Temperatur nicht von der Umgebungstemperatur.
Die Erwärmung der Kabelenden wird durch Einbau des Chips Gennum GN2033 direkt in den Stecker verursacht. Er kann trotz seiner sehr kleinen Abmessungen die Bedingungen für fehlerfreie Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung über ein dünnes Kupferpaar sicherstellen. Der Chip ist jedoch für die Technologie TB nicht unbedingt nötig, aber seine Anwesenheit verbessert Übertragungsraten und Übertragungscharakteristiken der Schnittstelle. Beim Übergang zu Lichtwellenleitern wird sein Einsatz nicht notwendig.
Erhöhte Temperaturen sind für Benutzer nicht gefährlich, aber sicher tragen sie zur gesamten Erwärmung des Gerätes und damit auch zu höheren Anforderungen an seine Kühlung bei. Beispielsweise haben Stecker der Schnittstelle USB 3.0 dieses Problem nicht, ihre Temperatur unterscheidet sich nur wenig von der Umgebungstemperatur.
Die Verwendung von aktiven Kabeln hat (neben großer Erwärmung) für die Benutzer eine signifikantere Auswirkung: einen höheren Anschaffungspreis gegenüber konkurrierenden Schnittstellentypen.