クロック周波数は、CPUやメモリなどのデジタル電子回路が、タイミングを合わせて規則正しく動作するために発生させる「クロック信号」の速さを表す指標です。コンピュータの内部では、マザーボード上にある水晶発振器と呼ばれる部品が、一定の間隔で電気的な波（パルス信号）を絶え間なく生み出しています。この波の1回の周期を「1クロック」と呼び、コンピュータを構成するすべての部品は、このクロックのタイミング（波が立ち上がる瞬間など）に合わせて、一斉に足並みを揃えて次の動作へと移行します。
クロック周波数の単位には、1秒間における波の回数を示す「Hz（ヘルツ）」が用いられます。例えば、初期のパソコンでは数MHz（メガヘルツ：1秒間に数百万回）程度でしたが、現代のパソコンやスマートフォンのCPUでは数GHz（ギガヘルツ：1秒間に数十億回）という極めて高い周波数が一般的となっています。クロック周波数が3.0GHzであれば、1秒間に30億回のテンポで回路が駆動していることを意味します。
基本的には、同じ設計のCPUであれば、このクロック周波数の数値が高いほど、1秒間に処理できる命令の数が多くなるため、コンピュータ全体の動作は高速になります。しかし、クロック周波数をむやみに高くすると、回路を流れる電流の切り替え回数が増えるため、消費電力が激増し、それに伴って発生する熱（発熱量）も極端に大きくなってしまうという深刻な物理的課題に直面します。過度な熱は熱暴走によるシステムダウンや部品の破損を引き起こすため、単純にクロック周波数だけを上げ続けることは現代の技術では限界に達しています。
そのため、近年のCPU開発では、クロック周波数を一定に抑えて発熱を防ぎつつ、1つのCPUチップの中に計算の核となる「コア」を複数搭載する「マルチコア」化や、1クロックあたりに実行できる命令数を増やすアーキテクチャの改良によって、総合的な処理性能（パフォーマンス）を向上させるアプローチが主流となっています。