ชิปนี้ใช้สถาปัตยกรรมที่ประกอบด้วยไปป์ไลน์พิกเซล 8 ไปป์ไลน์ โดยแต่ละไปป์ไลน์มีหน่วยประมวลผลพื้นผิว 1 หน่วย (ดีไซน์ 8x1) แม้ว่าจะแตกต่างจากชิปรุ่นเก่าที่ใช้หน่วยประมวลผลพื้นผิว 2 หน่วย (หรือ 3 หน่วยสำหรับ Radeon รุ่นแรก) ต่อไปป์ไลน์ แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าR300จะไม่สามารถประมวลผลพื้นผิวหลายชั้นได้อย่างมีประสิทธิภาพเท่ากับชิปรุ่นเก่า หน่วยประมวลผลพื้นผิวของมันสามารถทำการวนซ้ำแบบ ใหม่ ที่ช่วยให้สามารถสุ่มตัวอย่างพื้นผิวได้มากถึง 16 พื้นผิวต่อการประมวลผลเรขาคณิตหนึ่งครั้ง พื้นผิวเหล่านี้สามารถเป็นส่วนผสมของหนึ่ง สอง หรือสามมิติใดๆ ก็ได้ โดยใช้ การกรองแบบ bilinear , trilinearหรือanisotropic นี่เป็นส่วนหนึ่งของข้อกำหนด DirectX 9 ใหม่ พร้อมกับ shader พิกเซลและvertex shaderที่ใช้จุดลอยตัวที่ยืดหยุ่นกว่า Shader Model 2.0+ R300มาพร้อมกับ vertex shader unit 4 หน่วย ทำให้มีประสิทธิภาพ ในการประมวลผลเรขาคณิตมากกว่า Radeon 8500 และGeForce4 Ti 4600 รุ่นก่อนหน้า ถึงสองเท่านอกจากนี้ยังมีชุดคุณสมบัติที่มากกว่าเมื่อเทียบกับ shader ของ DirectX 8 อีกด้วย

ATI ได้สาธิตส่วนหนึ่งของสิ่งที่สามารถทำได้ด้วยพิกเซลเชเดอร์ PS2.0 ด้วยการสาธิตการเรนเดอร์ด้วยแสงธรรมชาติการสาธิตนี้เป็นการใช้งานแบบเรียลไทม์ของบทความของPaul Debevec นักวิจัยกราฟิก 3 มิติชื่อดังในหัวข้อการเร นเดอร์ช่วงไดนามิกสูง^{[ 1 ]}ข้อจำกัดที่น่าสังเกตคือชิปรุ่น R300 ทั้งหมดได้รับการออกแบบมาสำหรับความแม่นยำของจุดลอยตัว สูงสุด ที่ 96 บิต หรือFP24แทนที่จะเป็นค่าสูงสุด 128 บิตFP32 ของ DirectX 9 DirectX 9.0 ระบุ FP24 เป็นระดับขั้นต่ำสำหรับการปฏิบัติตามข้อกำหนดสำหรับความแม่นยำเต็มรูปแบบ การแลกเปลี่ยนความแม่นยำนี้ให้การผสมผสานที่ดีที่สุดระหว่างการใช้ทรานซิสเตอร์และคุณภาพของภาพสำหรับกระบวนการผลิตในขณะนั้น มันทำให้เกิดการสูญเสียคุณภาพที่มองไม่เห็นได้โดยทั่วไปเมื่อทำการผสมผสานอย่างหนัก ชิป Radeon ของ ATI ไม่เกิน FP24 จนกระทั่งR520

เมนบอร์ด R300 เป็นเมนบอร์ดรุ่นแรกที่ใช้ประโยชน์จากบัสหน่วยความจำ 256 บิตได้อย่างแท้จริงMatroxได้เปิดตัว Parhelia 512 ไปก่อนหน้านี้หลายเดือน แต่เมนบอร์ดรุ่นนี้ไม่ได้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นมากนักจากบัส 256 บิต อย่างไรก็ตาม ATI ไม่เพียงแต่เพิ่มบัสเป็น 256 บิตเท่านั้น แต่ยังรวมเอาตัวควบคุมหน่วยความจำแบบครอสบาร์ขั้นสูงไว้ด้วย ซึ่งคล้ายกับ เทคโนโลยีหน่วยความจำของ NVIDIAโดยใช้ตัวควบคุมหน่วยความจำ 64 บิตแบบโหลดบาลานซ์แยกกันสี่ตัว การใช้งานหน่วยความจำของ ATI สามารถบรรลุประสิทธิภาพแบนด์วิดท์สูงได้โดยการรักษาความละเอียดของการทำธุรกรรมหน่วยความจำให้เพียงพอ และแก้ไขข้อจำกัดด้านความหน่วงของหน่วยความจำได้ "R300" ยังได้รับการปรับปรุงล่าสุดของเทคโนโลยี HyperZ III ซึ่งเป็นเทคโนโลยีประหยัดแบนด์วิดท์และอัตราการเติมหน่วยความจำที่เป็นนวัตกรรมใหม่ของ ATI ความต้องการของสถาปัตยกรรม 8x1 ต้องการแบนด์วิดท์มากกว่าการออกแบบบัส 128 บิตของรุ่นก่อนหน้า เนื่องจากมีอัตราการเติมพื้นผิวและพิกเซลเป็นสองเท่า

การ์ดจอ Radeon 9700 นำเสนอระบบ ลดรอยหยักแบบแกมมาแก้ไขหลายตัวอย่าง (multi-sample gamma-corrected anti-aliasing ) ของ ATI ชิปนี้เสนอการสุ่มตัวอย่างแบบเบาบาง (sparse-sampling) ในโหมดต่างๆ เช่น 2×, 4× และ 6× การสุ่มตัวอย่างหลายตัวอย่างให้ประสิทธิภาพที่เหนือกว่าวิธี การสุ่มตัวอย่างแบบละเอียด (supersampling ) ในการ์ด Radeon รุ่นเก่าๆ อย่างมาก และคุณภาพของภาพก็เหนือกว่าการ์ดของ NVIDIA ในขณะนั้น การลดรอยหยัก (anti-aliasing) สามารถใช้งานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพเป็นครั้งแรก แม้ในเกมใหม่ล่าสุดและเกมที่ต้องการประสิทธิภาพสูงที่สุดในยุคนั้น นอกจากนี้ R300 ยังเสนอการกรองแบบแอนิโซโทรปิกขั้นสูง (advanced anisotropic filtering) ซึ่งส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพน้อยกว่าโซลูชันแอนิโซโทรปิกของ GeForce4 และการ์ดของคู่แข่งรายอื่นๆ ในขณะที่ให้คุณภาพที่ดีขึ้นอย่างมากเมื่อเทียบกับการใช้งานการกรองแบบแอนิโซโทรปิกของ Radeon 8500 ซึ่งขึ้นอยู่กับมุมมองเป็นอย่างมาก

เมื่อวันที่ 14 มีนาคม พ.ศ. 2551 AMD ได้เผยแพร่เอกสารอ้างอิงรีจิสเตอร์ 3 มิติสำหรับ R3xx ^{[ 2 ]}

สถาปัตยกรรมของ Radeon 9700 มีประสิทธิภาพสูงและล้ำหน้ากว่ารุ่นอื่นๆ ในปี 2002 มาก ภายใต้สภาวะปกติ Radeon 9700 Pro มีประสิทธิภาพเหนือกว่าGeForce4 Ti 4600 ซึ่งเป็นการ์ดระดับสูงสุดรุ่นก่อนหน้าถึง 4-101% และสูงสุดถึง 278% เมื่อเปิดใช้งานการลดรอยหยัก (AA) และ/หรือการกรองแบบแอนิโซโทรปิก (AF) ^{[ 3 ]}ในขณะนั้น นับว่าเป็นสิ่งที่พิเศษมาก และส่งผลให้ AA และ AF ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็นคุณสมบัติที่ใช้งานได้จริง^{[ 4 ]}

นอกจากสถาปัตยกรรมขั้นสูงแล้ว ผู้รีวิวยังสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงกลยุทธ์ของ ATI ด้วย ชิป 9700 จะเป็นชิปตัวที่สองของ ATI (ต่อจาก 8500) ที่จัดส่งให้กับผู้ผลิตรายอื่นแทนที่จะให้ ATI ผลิตการ์ดกราฟิกทั้งหมดเอง แม้ว่า ATI จะยังคงผลิตการ์ดจากชิประดับสูงสุดของตนอยู่ก็ตาม วิธีนี้ช่วยปลดปล่อยทรัพยากรด้านวิศวกรรมที่ถูกนำไปใช้ในการปรับปรุงไดรเวอร์และ 9700 ก็ทำงานได้อย่างยอดเยี่ยมในการเปิดตัวเนื่องจากเหตุผลนี้John Carmackผู้อำนวยการด้านเทคนิคของ id Softwareได้ใช้ Radeon 9700 ในการสาธิตDoom 3 ในงาน E3 ^{[ 5 ]}

ประสิทธิภาพและคุณภาพที่เพิ่มขึ้นของ GPU R300 ถือเป็นหนึ่งในความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ของกราฟิก 3 มิติ เทียบเท่ากับความสำเร็จของ GeForce 256และVoodoo Graphicsยิ่งไปกว่านั้น การตอบสนองของ NVIDIA ในรูปแบบของGeForce FX 5800นั้นทั้งมาช้าและค่อนข้างไม่น่าประทับใจ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้การแรเงาพิกเซล R300 จะกลายเป็น GPU ที่มีอายุการใช้งานยาวนานที่สุดตัวหนึ่งในประวัติศาสตร์ ทำให้สามารถเล่นเกมใหม่ๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพอย่างน้อย 3 ปีหลังจากการเปิดตัว^{[ 6 ]}

ในช่วงต้นปี 2003 การ์ดจอตระกูล 9700 ถูกแทนที่ด้วย 9800 (หรือ R350) ซึ่งเป็น R300 ที่มีความเร็วสัญญาณนาฬิกาสูงขึ้น และมีการปรับปรุงหน่วยประมวลผลกราฟิก (shader units) และตัวควบคุมหน่วยความจำ (memory controller) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการลดรอยหยัก (anti-aliasing) การ์ดเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อรักษาประสิทธิภาพให้เหนือกว่าGeForce FX 5800 Ultra ที่เพิ่งเปิดตัว ซึ่งก็ทำได้สำเร็จอย่างไม่ยากเย็น 9800 ยังคงมีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับ FX 5900 รุ่นปรับปรุงใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในงานที่เกี่ยวข้องกับการประมวลผลกราฟิกพิกเซล SM2.0 อีกจุดขายหนึ่งของ 9800 คือยังคงเป็นการ์ดแบบช่องเดียว ต่างจาก FX 5800 และ FX 5900 ที่ต้องใช้สองช่อง รุ่นต่อมาของ 9800 Pro ที่มีหน่วย ความจำ 256 MBใช้GDDR2การ์ดจออีกสองรุ่นคือ 9800 ซึ่งก็คือ 9800 Pro ที่ลดความเร็วสัญญาณนาฬิกาลง และ 9800 SE ซึ่งมีหน่วยประมวลผลพิกเซลครึ่งหนึ่งถูกปิดใช้งาน (บางครั้งอาจเปิดใช้งานได้อีกครั้ง) ข้อกำหนดอย่างเป็นทางการของ ATI ระบุว่า 9800 SE ต้องใช้บัสหน่วยความจำ 256 บิต แต่ผู้ผลิตส่วนใหญ่ใช้บัส 128 บิต โดยปกติแล้ว 9800 SE ที่ใช้บัสหน่วยความจำ 256 บิต จะเรียกว่า "9800 SE Ultra" หรือ "9800 SE Golden Version" 

ควบคู่ไปกับซีรีส์ 9800 ซีรีส์ 9600 (หรือที่รู้จักกันในชื่อ RV350) ได้เปิดตัวในช่วงต้นปี 2003 และถึงแม้ว่า 9600 PRO จะไม่ได้มีประสิทธิภาพเหนือกว่า 9500 PRO ที่มันควรจะมาแทนที่ แต่ก็ประหยัดต้นทุนการผลิตมากกว่าสำหรับ ATI ด้วย กระบวนการผลิต 130 นาโนเมตร (การ์ดของ ATI ทั้งหมดตั้งแต่ 7500/8500 เป็นต้นมาใช้กระบวนการ 150 นาโน เมตร) และการออกแบบที่เรียบง่ายกว่า แกนประมวลผล RV350 ของ Radeon 9600 นั้นโดยพื้นฐานแล้วคือ 9800 Pro ที่ถูกตัดครึ่ง โดยมีหน่วยประมวลผลฟังก์ชันการทำงานเท่ากันครึ่งหนึ่ง ทำให้เป็นสถาปัตยกรรม 4x1 ที่มี 2 vertex shaders นอกจากนี้ยังสูญเสียส่วนหนึ่งของ HyperZ III ไปด้วยการถอดหน่วยประมวลผลการปรับแต่ง z-buffer แบบลำดับชั้นออกไป เช่นเดียวกับ Radeon 9500 การใช้ กระบวนการผลิต 130 นาโนเมตรยังช่วยเพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกาของแกน ประมวลผลได้อีกด้วย การ์ดจอซีรีส์ 9600 ทุกรุ่นที่มีความเร็วสัญญาณนาฬิกาเริ่มต้นสูง แสดงให้เห็นว่ายังมีศักยภาพในการโอเวอร์คล็อกได้อีกมาก (ทำได้มากกว่า 500  MHz จาก 400  MHz ในรุ่น Pro) แม้ว่าซีรีส์ 9600 จะมีประสิทธิภาพน้อยกว่าซีรีส์ 9500 และ 9500 Pro ที่มันมาแทนที่ แต่ก็ยังคงรักษาประสิทธิภาพเหนือกว่า GeForce FX 5600 Ultra ของ NVIDIA ได้อย่างมาก และเป็นคำตอบที่คุ้มค่าของ ATI สำหรับการ์ดจอประสิทธิภาพสูงระดับกลางอย่างGeForce4 Ti 4200 ที่วางจำหน่ายมาอย่างยาวนาน

ในช่วงฤดูร้อนปี 2003 การ์ดจอ Mobility Radeon 9600 ได้ถูกเปิดตัว โดยใช้ชิปประมวลผล RV350 ซึ่งเป็นชิปสำหรับแล็ปท็อปตัวแรกที่รองรับ DirectX 9.0 shaders และประสบความสำเร็จเช่นเดียวกับ Mobility Radeon รุ่นก่อนๆ เดิมที Mobility Radeon 9600 มีแผนจะใช้เทคโนโลยี RAM ที่เรียกว่าGDDR2-Mแต่บริษัทผู้พัฒนาหน่วยความจำดังกล่าวล้มละลาย และ RAM นั้นก็ไม่เคยมาถึง ทำให้ ATI ต้องใช้ DDR SDRAM ทั่วไปแทน แน่นอนว่าการใช้ GDDR2-M จะช่วยประหยัดพลังงานและอาจเพิ่มประสิทธิภาพได้ ในฤดูใบไม้ร่วงปี 2004 รุ่นที่เร็วกว่าเล็กน้อยอย่าง Mobility Radeon 9700 ก็ได้ถูกเปิดตัว (ซึ่งยังคงใช้ชิป RV350 ไม่ใช่ R300 รุ่นเก่าของ Radeon 9700 สำหรับเดสก์ท็อป แม้ว่าชื่อจะคล้ายกันก็ตาม)

ต่อมาในปี 2003 มีการเปิดตัวการ์ดใหม่ 3 รุ่น ได้แก่ 9800 XT (R360), 9600 XT (RV360) และ 9600 SE (RV350) 9800 XT เร็วกว่า 9800 PRO เล็กน้อย ในขณะที่ 9600 XT สามารถแข่งขันได้ดีกับ GeForce FX 5700 Ultra ที่เพิ่งเปิดตัว^{[ 7 ]}ชิปRV360ใน 9600 XT เป็นชิปกราฟิกตัวแรกของ ATI ที่ใช้ การผลิตชิป Low-Kและช่วยให้สามารถโอเวอร์คล็อกแกน 9600 ได้สูงขึ้น (  ค่าเริ่มต้น 500 MHz) 9600 SE เป็นคำตอบของ ATI ต่อ GeForce FX 5200 Ultra ของ NVIDIA โดยสามารถทำผลงานได้ดีกว่า 5200 ในขณะที่ยังมีราคาถูกกว่าด้วย บอร์ด "RV350" อีกรุ่นหนึ่งตามมาในช่วงต้นปี 2004 สำหรับ Radeon 9550 ซึ่งก็คือ Radeon 9600 ที่ลดความเร็วสัญญาณนาฬิกาหลักลง (แต่ความเร็วสัญญาณนาฬิกาหน่วยความจำและความกว้างของบัสเหมือนกัน)

สิ่งที่ควรทราบเกี่ยวกับรุ่นที่ใช้ R300 คือ ผลิตภัณฑ์ทั้งหมดใช้ระบบระบายความร้อนแบบช่องเดียว จนกระทั่ง รุ่น Radeon X850 XT Platinum Edition ของR420ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2547 ATI จึงได้นำระบบระบายความร้อนแบบสองช่องมาใช้อย่างเป็นทางการ^{[ 8 ]}

นอกจากนี้ ในปี 2004 ATI ได้เปิดตัวการ์ด Radeon X300 และ X600 ซึ่งใช้ ชิปประมวลผลกราฟิก RV370 (กระบวนการผลิต 110  นาโนเมตร) และRV380 (กระบวนการผลิต 130  นาโนเมตรLow-K ) ตามลำดับ ชิปเหล่านี้เกือบจะเหมือนกับชิปที่ใช้ใน Radeon 9550 และ 9600 ต่างกันเพียงแค่เป็นการ์ด ที่รองรับ PCI Expressโดยเฉพาะ การ์ดเหล่านี้ได้รับความนิยมอย่างมากจาก Dell และบริษัท OEM อื่นๆ ในการจำหน่ายในรูปแบบต่างๆ เช่น ขั้วต่อDVIหรือDMS-59และความสูงของการ์ดแบบเต็มความสูงหรือแบบครึ่งความสูง

ต่อมาได้มีการเปิดตัว Radeon X550 ซึ่งใช้ชิปตัวเดียวกันกับกราฟิกการ์ด Radeon X300 (RV370)

หน่วยประมวลผลกราฟิก ( GPU) เหล่านี้อาจถูกรวมเข้ากับเมนบอร์ด หรือใช้โมดูล Mobile PCI Express (MXM )