Hầu hết các vi điều khiển ngày nay được xây dựng dựa trên [[kiến trúc von NeumannHARDVARD]], kiến trúc này định nghĩa bốn thành phần cần thiết của một hệ thống nhúng. Những thành phần này là lõi [[CPU]], [[bộ nhớ chương trình]] (thông thường là [[ROM]] hoặc [[bộ nhớ Flash]]), [[bộ nhớ dữ liệu]] ([[RAM]]), một hoặc vài [[bộ định thời]] và các [[cổng vào/ra]] để giao tiếp với các [[thiết bị ngoại vi]] và các môi trường bên ngoài - tất cả các khối này được thiết kế trong một [[vi mạch tích hợp]]. Vi điều khiển khác với các bộ vi xử lý đa năng ở chỗ là nó có thể hoạt động chỉ với vài [[vi mạch]] hỗ trợ bên ngoài.
