Procesor wykonywany jest zwykle jako układ scalony zamknięty w hermetycznej obudowie posiadającej złocone wyprowadzenia. Złoto jest konieczne ze względu na bardzo dobre własności stykowe. Jego sercem jest monokryształ krzemu, na który naniesiono techniką fotolitografii szereg warstw półprzewodnikowych. Tworzą one sieć od kilku do kilkudziesięciu milionów tranzystorów. Połączenia wykonane są z metalu (aluminium, miedź). Ważnym parametrem procesora jest rozmiar elementów budujących jego strukturę. Im są one mniejsze tym niższe jest zużycie energii, napięcie pracy oraz wyższa częstotliwość pracy. Współczesne procesory wykonywane są w technologii pozwalającej na uzyskanie elementów o rozmiarach mniejszych niż 90 nm pracujących z częstotliwością 3,6 GHz. Fabryki procesorów muszą posiadać pomieszczenia o niezwykłej czystości, co jest bardzo kosztowne. Obecnie (2006) procesory produkuje się w technologii pozwalającej na uzyskanie elementów o rozmiarach 65 nm. Według planów największych producentów procesorów, w roku 2008 powinny pojawić się procesory wykonane w technologii 45 nm, a w 2010 - 32 nm.
W funkcjonalnej strukturze procesora można wyróżnić:
zespół rejestrów do przechowywania danych i wyników, rejestry mogą być ogólnego przeznaczenia, lub mają specjalne przeznaczenie,
jednostkę arytmetyczną (arytmometr) do wykonywania operacji obliczeniowych na danych,
układ sterujący przebiegiem wykonywania programu.
Jedną z podstawowych cech procesora jest długość (liczba bitów) słowa, na którym wykonywane są podstawowe operacje obliczeniowe. Jeśli słowo ma np. 32 bity, mówimy że procesor jest 32-bitowy. Innym ważnym parametrem określającym procesor jest szybkość z jaką wykonuje on program. Szybkość ta w znacznym stopniu zależy od czasu trwania pojedynczego taktu procesora, jest on odwrotnością częstotliwości procesora.
Do typowych rozkazów wykonywanych przez procesor należą:
kopiowanie danych
z pamięci do rejestru
z rejestru do pamięci
z pamięci do pamięci (niektóre procesory )
(podział ze względu na sposób adresowania danych)
działania arytmetyczne
dodawanie
odejmowanie
porównywanie dwóch liczb
dodawanie i odejmowanie jedności
zmiana znaku liczby
działania na bitach
iloczyn logiczny - AND
suma logiczna - OR
suma modulo 2 (różnica symetryczna) - XOR
negacja - NOT
przesunięcie bitów w lewo lub prawo
skoki
bezwarunkowe
warunkowe
Komputer oprócz procesora głównego (CPU) posiada procesory pomocnicze: obrazu (GPU), dźwięku, koprocesory arytmetyczne.
Procesor bywa też nazywany jednostką centralną (poprzez tłumaczenie ang. CPU, Central Processing Unit w sposób dosłowny) - to określenie przyjęło się jedynie w wąskim gronie informatyków. Większość ludzi jednostkę centralną kojarzy z handlowym terminem określającym jednostką systemową komputera złożoną z elementów takich jak procesor, płyta główna, karta rozszerzenia, pamięć operacyjna, dysk twardy zamkniętych we wspólnej obudowie, nie obejmującą takich urządzeń peryferyjnych jak monitor, klawiatura czy drukarka.