Im Gegensatz zum 68000er der zwar wie eine 32-Bit-CPU programmiert kann intern aber nur eine 16-Bit- ALU besitzt und die 32-Bit-Befehle aus mehreren zusammensetzt und auch nur über einen 16-Bit- Datenbus verfügt besitzt der 68020 einen 32-Bit-Datenbus eine 32-Bit-ALU was ihm einen enormen Geschwindigkeitsvorteil den älteren Vertretern der 68000er Familie beschert.
Während der 68000er zur Multiplikation nur 16-Bit-Datenworte zu einem 32-Bit-Datenwort multiplizieren kann kann ALU des 68020 auch 2 32-Bit-Datenworte zu 64-Bit-Datenwort multiplizieren. Analoges gilt für die Division.
Zusätzlich zur Vergrößerung der ALU erhielt 68020 aber auch eine aufwendigere Adressierungseinheit bzw. der ihm insbesondere für die damalige Zeit komplexe Adressierungsarten beschert. So kann die effektive zum Lesen eines Datenworts aus dem Arbeitsspeicher wie folgt gebildet Inhalt eines Registers addiert mit Konstante ergibt Adresse an der ein Datenwort gelesen wird dem eine weitere Konstante und ein wahlweise 0 1 2 oder 3 Bits verschobenes addiert werden. Das Ergebnis ist die effektive an der dann tatsächlich gelesen wird. Syntax: [(bd An.x) od Rn.x*sc] Solche Adressierungsarten erweisen sich insbesondere beim von Pointern auf Strukturen in Vektoren als nützlich.
Gegenüber dem Vorgänger MC68010 kam noch Level-1-Befehlscache von 256 Bytes hinzu.
Beim MC68020 ist der Adressbus 32 groß sodass insgesamt 4 Gigabyte Speicher adressiert konnten. Der MC68EC020 besitzt einen reduzierten Adressbus 24 Bit verfügt womit nur 16 Megabyte adressiert werden können.
Bekannte Computersysteme in denen Motorola 68020-Prozessoren Einsatz kamen sind der Apple Macintosh II Sun Workstations der 3er Serie der Amiga 1200 und das Amiga CD32 letztere beide MC68EC020-Prozessor mit ca. 14 MHz.