Le sens originel de machine virtuelle est la création de plusieurs environnements d'exécution sur un seul ordinateur, dont chacun émule l'ordinateur hôte. Cela fournit à chaque utilisateur l'illusion de disposer d'un ordinateur complet alors que chaque machine virtuelle est isolée des autres. Le logiciel hôte qui fournit cette fonctionnalité est souvent dénommé superviseur ou hyperviseur. Ce concept va plus loin que celui des simples temps partagés où chaque utilisateur dispose seulement d'un espace de développement personnel, et non d'une machine simulée entière.
Lors de la préparation d'une migration, on peut utiliser simultanément et sans danger pour l'exploitation même en cas de crash système :
Sécurité : Les machines virtuelles sont totalement isolées les unes des autres; de plus, en 2006, la plupart des virus testaient immédiatement s'ils tournent en environnement virtualisé et renonçaient à agir lorsque c'était le cas. Rien ne prouve néanmoins cette protection ne puisse être contournée d'une manière ou d'une autre, et une littérature abondante est publiée en permanence sur ce sujet.
Facilité d'extension : Le nombre de machines virtuelles se gère quasi indépendamment du nombre de machines réelles, et de façon transparente pour les utilisateurs. Les statistiques de charge des machines virtuelles permettent de les réorganiser sur les machines réelles, ainsi que de prévoir les dates auxquelles prévoir des extensions.
Le terme de machine virtuelle est aussi depuis quelque temps utilisé dans un sens très différent pour désigner un environnement créé par un émulateur. Celui-ci est un logiciel qui émule un système d'exploitation pour l'utilisateur final. Ce logiciel est une surcouche qui se greffe sur le système d'exploitation natif.
Plus récemment, le terme de machine virtuelle a été utilisé pour désigner une machine virtuelle parallèle (PVM). Dans ce cas, une machine virtuelle crée un environnement qui semble être un seul ordinateur alors que les ressources de plusieurs ordinateurs sont utilisées.
Dans son second sens, maintenant le plus commun, une machine virtuelle désigne un logiciel ou interpréteur qui isole l'application utilisée par l'utilisateur des spécificités de l'ordinateur, c’est-à-dire de celles de son architecture ou de son système d'exploitation. Cette indirection permet au concepteur d'une application de la rendre disponible sur un grand nombre d'ordinateurs sans les contraintes habituelles à la rédaction d'un logiciel portable tournant directement sur l'ordinateur. La technologie JIT permet dans bien des cas à l'application d'avoir des performances comparables à une application native.
Windows XP et similaires tournent également dans un environnement virtualisé, qui est créé par la couche HAL (Hardware abstraction layer). En cas de changement de machine physique, on peut en principe ne changer que le HAL sans toucher au reste de son installation Windows.