SATA보다 빠른 PCI-Express로 연결된 비휘발성 저장장치를 위한 새로운 통신 규격이다. SATA + AHCI 조합으로는 제 속도를 내기 어려운 SSD들을 위한 규격이다. AHCI가 개발되던 시절에는 HDD가 주류라 느릿느릿 회전하는 플래터를 큐잉할 정도의 성능만 가지고 있으면 됐었다. 그러나 반도체를 이용하여 플래터 회전 없이 고속으로 접근 가능한 SSD의 속도를 AHCI가 발목을 잡는 시점이 왔고, 이에 대응하기 위하여 2007년 IDF(Intel Developer Forum 인텔 개발자 포럼)에서 처음으로 논의되었다. 2008년 4월 인텔에 의하여 초안이 작성되어 2011년에 1.0 최종 버전이 발표된 이후 지금에 이른다.
2013년에 최초 발매된 이 규격의 저장장치는 삼성전자의 XS1715가 있으며 읽기 속도가 무려 3GB/s이다. 비트 단위로 환산하면 24Gbps.
600MB/s의 최고 전송 속도를 가지는 SATA 3과 비교하면 PCIe위에서 동작하므로 기가 이상의 대역폭은 쉽게 구현한다. 일반 사용자 용으로 발매된 인텔의 750은 2400MB/s, 삼성의 950 Pro는 2500MB/s의 최고 전송속도를 자랑한다. 또한, 1개의 큐에 32개의 명령 만을 저장할 수 있는 AHCI와는 다르게 64K개의 큐에 각 큐당 64K개의 명령어를 저장할 수 있어 랜덤 읽기/쓰기 속도 또한 SATA에 비교하여 월등히 빠르다. 더불어 PCIe를 통하여 CPU에 직결되는 구조인 만큼 지연시간이 SATA의 절반 이하로 줄어든다. 이외에는 병렬화(멀티코어) 적극지원 등이 있지만 개인 사용자에겐 미래에나 와닿는 내용이 될 것이다. 기업용 시장에는 4TB 용량에 읽기 5GB/s, 쓰기 3GB/s를 달하는 괴물같은 물건도 있다. #
기존의 보드에서도 사용할 수는 있지만, 현재 발매된 드라이브들이 이용하는 PCIe 3.0 4레인을 풀로 뽑아내는 보드가 아니라면 제 속도가 나오지 않는다. X99/Z170 이상 보드에서 사용이 권장된다. 부팅 디스크 지원은 Z97[1]/X99/Z170 등 부팅 기능 지원 메인보드에서만 가능하다.
허나 해외 유저들의 노력으로 NVMe 관련 모듈을 바이오스에 심거나 부트로더를 개조하여 인텔 6 시리즈 이상되는 칩셋을 쓰는 UEFI 탑재 메인보드(AMD용 보드는 확인안됨) 에서도 NVMe SSD를 부팅용 매체로 사용할 수 있게 됐다.
윈도우 8.1 이상부터는 NVMe 드라이버가 기본 내장되어있지만, 윈도우 7은 그렇지 않으므로 윈도우7을 사용하려면, 설치 이미지 파일 안에 NVMe 드라이버를 같이 포함시켜야 한다.
M.2 NVMe SSD를 탑재한 슬림 노트북과 태블릿 모델들이 M.2 SATA3 SSD를 탑재한 동일 모델들에 비해 발열과 전력소모가 크다는 지적이 나오고 있다. 하지만 이는 데이터 전송량과 처리량이 이전 규격에 비해 훨씬 높아진 만큼 그에 따른 발열량도 높아질 수밖에 없기에 당연한 일이다. 이를 이유로 LG PC gram의 2017년 ALLday 모델의 경우 SATA3 SSD를 탑재하였다.
모바일의 경우 애플(기업)의 아이폰 6s이후의 iOS기기들(아이폰 6S, 6S+, 아이패드 Pro, 아이폰 SE)이 모바일디바이스 중 유일하게 NVMe 컨트롤러를 탑재하여 출시되고 있다.
