Процессор позволял использовать виртуальную память: информация хранится во внешней памяти, но система обеспечивает к ней прямой доступ. Дополнительные схемы позволяют отличать, к реальной или виртуальной памяти относится любой байт. Появилась возможность обрабатывать 1 Гбайт памяти, из которых 16 Мбайт физические, а остальные 1008 Мбайт — виртуальные. Однако память до сих пор делится на сегменты по 64 Кбайт.
Для обеспечения совместимости с ранними процессораи, 80286 мог работать в двух режимах: реальном и защищенном. Реальный режим был скопирован с режима работы 8086. Причём разработчики работали так добросовестно, что внесли в реальный режим и ограничение по использованию только 1 мегабайта памяти. Чтобы использовать улучшенные возможности 80286, требовалось переключение в защищённый режим, несовместимый с 8086. Причём обратное переключение в реальный режим без сброса процессора не было возможно, что не прибавляло популярности этой технологии.