ส่วนสำคัญของคอมพิวเตอร์ทุกเครื่องคือหน่วยประมวลผลกลาง วิวัฒนาการของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่งผลให้โปรเซสเซอร์สมัยใหม่เป็นอุปกรณ์ที่ซับซ้อนอย่างยิ่ง อย่างไรก็ตาม แต่ละส่วนมีชิ้นส่วนที่มีจุดประสงค์การทำงานคล้ายกัน
องค์ประกอบหลักของโปรเซสเซอร์คือแกนกลาง มันมีฟังก์ชั่นทั้งหมดของการดำเนินการคำสั่งและการประมวลผลข้อมูลที่ได้รับจาก RAM แกนประมวลผลเป็นองค์ประกอบที่ซับซ้อนที่สุด แต่โครงสร้างสามารถแบ่งออกเป็นหน่วยอิสระได้หลายหน่วย เช่น อุปกรณ์สุ่มตัวอย่างและอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล การทำนายสาขา การถอดรหัส และหน่วยดำเนินการคำสั่ง
ส่วนประกอบของคอร์โปรเซสเซอร์ ซึ่งมีหน้าที่ในการดึงข้อมูลและดำเนินการคำสั่งทั้งหมด จะถูกรวมเข้าในไปป์ไลน์เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวม โปรเซสเซอร์สมัยใหม่มักมีหลายไปป์ไลน์
การดำเนินการข้อมูลส่วนใหญ่ในตัวประมวลผลจะดำเนินการบนหน่วยลอจิกเลขคณิต ข้อมูลเอง (ทั้งเริ่มต้นและสุดท้าย) ถูกเก็บไว้ในบล็อกการลงทะเบียน มีรีจิสเตอร์เอนกประสงค์ที่ออกแบบมาสำหรับการดำเนินการทางคณิตศาสตร์เป็นหลัก เซ็กเมนต์รีจิสเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับการกำหนดที่อยู่ เช่นเดียวกับรีจิสเตอร์พิเศษที่ส่งผลต่อการทำงานของโปรเซสเซอร์
ตัวประมวลผลร่วมทางคณิตศาสตร์สามารถแยกเป็นส่วนที่แยกจากกันของแกนประมวลผลของโปรเซสเซอร์ นี่เป็นส่วนประกอบที่ออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อเพิ่มความเร็วในการประมวลผลตัวเลขจริง ตัวประมวลผลร่วมเดิมมีอยู่ในโมดูลที่แยกจากกัน แต่ปัจจุบันมีการผสานรวมเข้ากับเคอร์เนลอย่างแพร่หลาย
องค์ประกอบที่สำคัญของโปรเซสเซอร์สมัยใหม่คือหน่วยการทำนายสาขา ช่วยให้คุณสามารถเริ่มถอดรหัสลำดับของคำสั่งบนไพพ์ไลน์ใดท่อหนึ่งได้ ก่อนที่คำสั่ง jump จะถูกดำเนินการในอีกอันหนึ่ง การนำเทคโนโลยีนี้มาใช้ทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้อย่างมาก
โปรเซสเซอร์ที่ทันสมัยเกือบทั้งหมดมีหน่วยความจำแคชจำนวนหนึ่ง แคชทำหน้าที่ลดจำนวนการเรียกใช้ RAM ให้น้อยที่สุด ซึ่งช้ามากเมื่อเทียบกับความเร็วในการประมวลผลภายในโปรเซสเซอร์ โดยปกติแคชจะแบ่งออกเป็นหลายระดับ แคชระดับแรกนั้นเร็วที่สุด แต่ก็มีขนาดที่เล็กที่สุดด้วย ตั้งอยู่บนคริสตัลเดียวกันกับแกนกลาง แคชระดับสูงกว่ามีข้อมูลมากกว่า แต่ช้ากว่า