嵌入式系統硬件核心是嵌入式微處理器，有時為了提高系統的信息處理能力，常常外接DSP和DSP協處理器(或者選用內部集成了DSP模塊的微處理器)，以完成高性能信號處理。隨著計算機技術、微電子技術、應用技術的不斷發展及納米芯片加工工藝技術的發展，以微處理器為核心的集成多種功能的SOC系統芯片已經成為嵌入式系統的核心。這些SOC集成了大量的外圍USB，UART，以太網，AD/DA等功能模塊，能很好地滿足各種系統的需要。以SOC為核心、用少的外圍部件和連接部件構成一個應用系統，滿足系統的功能需求是嵌入式系統發展的一個方向。
嵌入式處理器是面向用戶、面向產品、面向應用的嵌入式系統的核心部件，其功耗、體積、成本、可靠性、速度、處理能力、電磁兼容性等方面均受到應用要求的制約。不同的嵌入式處理器面向不同的用戶，可能是一般用戶、行業用戶或單一用戶。
嵌入式處理器可以分成如下幾類：嵌入式微處理器(Embedded M icro－ProcessorUnit，EMPU)，嵌入式微控制器(M icro ControllerUnit，MCU)，嵌入式DSP處理器(Embedded DigitalSignal Processor，EDSP)，嵌入式片上系統(System On Chip，SOC)。
嵌入式應用需求的廣泛性，以及大部分應用功能單一、性質確定的特點，決定了嵌入式處理器實現高性能的途徑與通用微處理器有所不同，目前大多是針對專門的應用領域進行專門設計來滿足高性能、低成本和低功耗要求的。例如，視頻游戲控制需要有很高的圖形處理能力;手持、掌上、移動和網絡PC要求具備虛存管理和標準的外圍設備;手機和個人移動通信設備，要求在具有高性能和數字信號處理能力的同時具有超低功耗;調制解調器、傳真機和打印機要求低成本的處理器;機頂盒和DVD則要求高度的集成性;數字相機要求既要有通用性又要有圖像處理能力。