LTE项目是3G的演进，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。在20MHz频谱带宽下，能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率，改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统延迟。
与3G技术相比，LTE的优势十分明显。例如在通信速率方面，有了很大提高，下行峰值速率达到100Mbps、上行达到50Mbps。同时，频谱效率有了很大提高，下行达到R6HSDPA的3~4倍，上行达到R6HSUPA的2~3倍。LTE还首次完整实现了以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上将基于分组交换。另外在QoS保证方面，LTE通过系统设计和严格的QoS机制，保证实时业务(如VoIP)的服务质量。LTE还支持系统部署灵活，能够支持1.25MHz~20MHz间的多种系统带宽，并支持“paired”和“un－paired”的频谱分配，保证了将来在系统部署上的灵活性。为了降低无线网络时延，LTE的子帧长度为0.5ms和0.675ms，解决了向下兼容的问题并降低了网络时延。由于LTE增加了小区边界比特速率，在保持目前基站位置不变的情况下增加小区边界比特速率。此外，LTE还强调向下兼容，即支持已有的3G系统和非3GPP规范系统的协同运作。
LTE的核心技术主要包括以下几个方面。
在物理层上下行传输方面，下行的多址方式为正交频分多址（OFDMA），上行为基于正交频分复用（OFDM）传输技术的单载波频分多址（SC-FDMA）。SC-FDMA为单载波传输技术，其特点为低峰均比，子载波间隔为15kHz。这两种技术都能较好地支持频率选择性调度。
在帧结构设计方面，LTE的上下行帧长都为10ms，分成20个时隙，10个子帧，最小物理资源块为180kHz。下行为了同时支持广播业务和单播业务，设计长循环前缀（CP）和短CP两种类型。同时为了与时分双工（TDD）系统共存，又分别为低码速率时分双工（LCR-TDD）和高码速率时分双工（HCR-TDD）设计了相应的帧结构。
LTE还采用了小区间干扰控制技术。采用小区间干扰控制技术的目的为提高用户在小区边缘的信息传输速率。主要的多小区干扰补偿技术有：干扰随机化技术、干扰抵消技术和多小区干扰协调技术。
在小区搜索技术方面，考虑到小区搜索的复杂性，LTE倾向采用主同步信道进行小区同步，辅同步信道进行小区标志（ID）的检测。在主同步信道采用公共的导频序列，而在辅同步信道上各小区采用不同的导频序列。其中，在小区导频序列的设计中，序列必须兼顾性能和复杂度要求。
LTE还采用了随机接入技术。随机接入中主要分为非同步的随机接入和同步的随机接入。在非同步的随机接入中，为了提高基站对用户接入的控制效率，倾向于在用户的签名序列中隐含用户的消息比特。在小区覆盖大小的考虑上，对于大区的覆盖讨论集中在采用更长的码还是简单的短码重复。最后从复杂度和对频偏的抵抗性考虑，LTE倾向采用后者的方案。对于同步的随机接入，目前的讨论还不是很多。
基于上述新技术的采用，使得LTE得到了越来越多运营商的认可。包括中国移动、英国沃达丰、日本NTTDoCoMo、美国AT&T和Verizon等世界主要电信运营商已经决定采用LTE技术。因此可以认为，LTE在后3G时代也将延续2G时期GSM的主流地位。