在框架上，USB3.0超速是向后兼容USB2.0的，但是二者在协议上还是有一些重大的不同：
•USB2.0的transaction（事务处理）有三部分(令牌（token）、数据（data）和握手(handshake))，USB3.0超速也是这三部分但是用法不同（令牌包集成在头包和DPH中，各种类型的握手包都是TP包形式）；对于OUT事务，令牌被合并在数据包中；对于IN事务，令牌被握手包代替。
•USB2.0不支持突发（bursting），USB3.0超速支持持续突发；
•USB2.0是半双工(half-duplex)的广播总线，USB3.0超速是dual-simplex（全双工）的非广播总线，支持同时进行IN、OUT transaction；
•USB2.0使用轮询模式，USB3.0超速使用异步通知方式；
•USB2.0不支持流能力，USB3.0超速支持海量(bulk)端点的Stream方式；
•USB2.0在同步传输(isochronous)间隔中没有进入低耗电状态的机制，USB3.0超速则允许同步传输服务间隔中自动进入低耗电状态（不服务的时间段进入低功耗）；SS主机在服务间隔前发送一个PING包到目标同步设备允许开始同步传输之前转变成电源活动状态。
•USB2.0设备无法通知主机自己在进入低耗电状态前可容忍的延迟时间（设备通知主机自己进入低功耗状态的最长延迟时间），USB3.0超速则提供Latency Tolerance消息；
•USB2.0以固定的1ms/125us间隔发送帧包/小帧包（USB 2.0全速和高速模式）。USB3.0超速下，设备可以发送Interval Adjustment消息给主机调整间隔125us一直到+/-13.333us；
•USB2.0电源管理总是主机导向（主机初始化）的，USB3.0超速链路两端都支持电源管理；因此不管何时需要空闲，需要退出，需要通信，每个链路能独立的进入低电源状态。
•USB2.0 仅在每个transaction进行end-to-end级别的错误检测、恢复、流控，USB3.0超速在end-to-end（数据包重试）和链路级别（头包重试）分割这些功能。
USB3.0超速全双工总线物理层允许同时进行双向的通信。USB3.0超速协议允许收到握手包之前发送多个数据包（突发）。对于OUT传输，包含在USB2.0令牌包中的信息（设备地址和端点信息）被合并在数据包头里面，因此不需要额外令牌包。对于输入传输IN，USB3.0超速主机发送一个握手包（ACK）给设备以请求数据（和指示数据是否正确）。设备可以通过返回数据或者返回STALL握手包来应答，或者返回一个没准备好(NRDY)握手包延迟传输直到设备准备好了。
USB2.0的包是广播方式，每个连接的设备解析每个包的地址、端点、方向信息来决定自己是否应该响应。USB3.0超速包有路由信息，HUB决定每个包要送达哪个设备，只有一个例外，等时（同步）时间戳包（Isochronous Timestamp Packet， ITP）广播到每一个设备。
USB2.0的查询方式已经被异步通知代替。USB3.0超速传输通过主机发出一个请求来开始传输，后面跟随着设备的应答。如果设备能接受请求，它就接收数据或者发送数据；如果端点停止了，设备应该以STALL握手包响应；如果设备由于缺少缓存空间或者没有数据而不能接受请求，应该以NRDY应答告诉主机现在还不能处理请求。当等到设备能接受请求时，设备会主动发送一个端点准备好（ERDY）异步通知给主机然后主机会重新安排传输事务。
单路传送和有限制的多点广播的包以及异步通知，都允许没有活跃传输包的链路进入一个降低功耗状态，上游和下游端口共同决定它们的链路进入一个低功耗状态，集线器会传递到上游端口。通过允许链路伙伴独立控制它们的链路电源状态，集线器将任意下游端口可见的最高链路电源状态传递到上游端口，使总线快速进入最低允许电源状态。
