Popolna virtualizacija je proces, pri katerem se celoten računalniški sistem pretvori v programsko konstrukcijo. Ta konstrukcija v vseh pogledih deluje kot originalna strojna oprema. Programska oprema, ki je zasnovana za strojno opremo, se bo namestila na konstrukcijo, kot da bi bil dejanski računalnik, in nato delovala z malo ali brez upočasnitve. Uporaba popolne virtualizacije ima več uporab, na primer testiranje programske opreme v virtualnem okolju ali razširitev uporabnosti enega samega računalnika ali strežnika prek navideznih operacijskih sistemov. Medtem ko je delna virtualizacija zelo pogosta, je popolna virtualizacija razmeroma redka.
Za popolno virtualizacijo je treba celoten sistem strojne opreme preoblikovati v programsko opremo. Vsako dejanje in odtenek originalne strojne opreme se mora premakniti v virtualni sistem. Ker je to tako velik podvig in nekateri proizvajalci sistemov ukrepajo, da ga odvrnejo, je popolna virtualizacija nekoliko redka. Veliko pogosteje je najti delno virtualizacijo, kjer so prisotni vsi potrebni sistemski biti, vendar fizični sistem strojne opreme obravnava večino nizkonivojskih izračunov in funkcij.
Na stroju za popolno virtualizacijo programska oprema tako natančno posnema izvirno napravo, da se bo kateri koli program namestil v programsko opremo brez pretvorbe ali dodatnih korakov. Navidezni vmesnik posnema nastavljeno strojno opremo do te mere, da bo programska oprema delovala na enak način kot v naravnem sistemu. Pri delni virtualizaciji skoraj vedno pride do zamika nameščenih programov, saj se ukazi premikajo med emulirano in dejansko strojno opremo.
Obstaja nekaj razlogov, zakaj je popolna virtualizacija glavni računalniški cilj. Ko sta stroj in njegov operacijski sistem v celoti virtualizirana, ga lahko posameznim uporabnikom ponudimo kot polno namizno okolje. Uporabniki ga lahko uporabljajo točno tako, kot želijo, spreminjajo katero koli nastavitev ali nameščajo kateri koli program. Če se pojavi težava, lahko skrbniki preprosto izbrišejo uporabniški navidezni segment in mu nato dajo novega čistega.
V istem smislu je izoliran sistem strojne/programske opreme v okolju popolne virtualizacije popolnoma ločen od dejanske strojne strojne opreme. To pomeni, da uporabnik, ne glede na to, kaj lahko naredi, nikoli ne bo dejansko sodeloval s fizično strojno opremo. To pomeni, da so destruktivna dejanja uporabnika, bodisi namerna ali naključna, manj škodljiva za dejanski sistem.
Zadnji skupni cilj je najbolj tehnični. Ker sistem programske opreme ni omejen z dejansko strojno opremo, ki je prisotna v sistemu, se lahko navidezna strojna oprema prilagodi tako, da izboljša zmogljivost v primerjavi s prvotnim računalnikom. Odvečno ali nepotrebno strojno opremo lahko odstranite. Parametri obstoječe strojne opreme so lahko spremenjeni, da bodo delovali na načine, ki so bili nemogoči za prvotno strojno opremo. To omogoča sistemu, da deluje z največjo učinkovitostjo, kar je za dejanski sistem strojne opreme skoraj nemogoče.