掌上电脑的核心是操作系统，目前市场上的掌上电脑主要采用两类操作系统：一类是日趋完善的Palm操作系统，目前使用Palm系统的掌上电脑在世界市场份额中占到65%以上，主要有Palm、IBM的Workpad、Sony的Clie和TRGpro、handspring等palm电脑，另一类则是微软Win CE系列，虽然起步晚，但已经打破了Palm OS一统天下的局面，而且由于Win CE授权比较广泛，现在国内大部分掌上电脑都是使用Win CE系统，包括国内的联想、方正以及国外的HP、COMPAQ等公司都有Win CE掌上电脑推出。作为两大操作系统，采用PalmOS的产品电池使用时间比采用Win CE的产品长；配置彩色显示屏的产品没有单色显示屏产品的电池使用时间长；在多媒体性能上，Win CE要比Palm好一些；但是操作界面与应用性能上，Wince可以让用户更易上手；另外，在软件的数量上，Palm要比Win CE多一些。
当然除上以上两大操作系统外，从整个国际市场来看，掌上电脑的操作系统还有Pocket PC、EPOC、Hopen、Penbex和Linux操作系统。
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