Unit pemrosesan grafis (GPU) adalah perangkat keras yang mirip dengan unit pemrosesan pusat (CPU), kecuali unit ini dibuat khusus untuk gambar dan fungsi apa pun yang dilakukan olehnya dikenal sebagai pemrosesan gambar GPU. Tidak seperti CPU dan kebanyakan prosesor gambar lainnya, pemrosesan gambar GPU memperlakukan setiap gambar sebagai gambar tiga dimensi (3D), meskipun gambar itu dua dimensi (2D). Gambar kompleks sering kali memiliki tekstur, dan GPU mampu memuat banyak tekstur sekaligus. Untuk mendapatkan warna per piksel yang sempurna, GPU menggunakan shader piksel. Ada banyak aplikasi desain grafis yang memungkinkan pengguna untuk melapisi gambar, tetapi GPU dioptimalkan untuk memuat gambar-gambar ini.
Sebagian besar bahasa pemrosesan gambar dan perangkat keras memisahkan gambar 2D dan 3D, karena teknik rendering dan pemrosesan yang berbeda biasanya diperlukan untuk keduanya. Dengan pemrosesan gambar GPU, semuanya diperlakukan dan dimuat sebagai gambar 3D. GPU dibuat dengan cara memperlakukan gambar 2D sebagai gambar 3D yang diperkecil, yang memberikan manfaat tertentu. Hal ini meningkatkan kecepatan pemuatan gambar 2D, karena GPU disiapkan untuk menangani gambar yang lebih kompleks, dan gambar 3D dapat dimuat dengan cepat karena GPU siap memuat banyak faktor yang diperlukan untuk gambar ini.
Tekstur digunakan dalam banyak gambar, terutama yang dibuat oleh program desain grafis. Tekstur ini menambahkan detail ekstra, tetapi juga membutuhkan lebih banyak memori untuk dimuat dengan benar. Pemrosesan gambar GPU dapat memuat sekitar 16 tekstur atau lebih sekaligus, yang meningkatkan seberapa cepat gambar bertekstur dimuat dan seberapa cepat tekstur dapat diterapkan.
Setiap piksel dalam gambar memiliki warna dan bayangannya sendiri, dan mencocokkan informasi ini penting saat memuat gambar karena, jika tidak, gambar mungkin salah dimuat. Untuk memastikan ini dilakukan dengan benar, pemrosesan gambar GPU menggunakan pixel shader. Biasanya ada banyak shader yang bekerja sekaligus, dan masing-masing memberi tahu GPU dengan tepat warna dan bayangan apa yang dibutuhkan untuk setiap piksel.
Banyak program desain grafis yang mampu membuat gambar berlapis, atau gambar komposit yang dibuat dari banyak gambar berlapis di atas satu sama lain, tetapi mungkin ada beberapa masalah saat membuat gambar ini jika tidak ada GPU. CPU tidak dioptimalkan untuk pemuatan grafis, sehingga gambar ini sering kali membutuhkan waktu lama untuk dimuat, dan program desain grafis bahkan mungkin tertinggal atau macet saat membuat gambar komposit. Dengan pemrosesan gambar GPU, gambar-gambar ini tidak hanya dimuat lebih cepat, tetapi GPU meningkatkan pencampuran gambar.