1) หน่วยคำนวณและตรรกะ (Arithmetic & Logical Unit : ALU)    หน่วยคำนวณและตรรกะเป็นหน่วยที่ทำหน้าที่คำนวณทางเลขคณิตได้แก่ การบวก ลบ คูณ หาร และเปรียบเทียบทางตรรกะเพื่อทำการตัดสินใจ เช่น ทำการเปรียบเทียบข้อมูล เพื่อตรวจสอบว่าปริมาณหนึ่ง น้อยกว่า เท่ากับ หรือมากกว่า อีกปริมาณหนึ่ง แล้วส่งผลการเปรียบเทียบว่า จริงหรือเท็จไปยังหน่วยความจำเพื่อทำงานต่อไป ตามขั้นตอนที่กำหนดไว้ในเงื่อนไข การทำงานของเอแอลยู คือ รับข้อมูลจากหน่วยความจำ มาไว้ในที่เก็บชั่วคราวของเอแอลยูซึ่งเรียกว่า รีจิสเตอร์ ( register ) เพื่อทำการคำนวณแล้วส่งผลลัพธ์กลับไปยังหน่วยความจำ ทั้งนี้ในการส่งข้อมูลระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ ข้อมูลระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ ข้อมูลและคำสั่งจะอยู่ในรูปของสัญญาณไฟฟ้า แล้วยังส่งไปยัง อุปกรณ์ต่างๆ ผ่านระบบส่งถ่ายข้อมูลผ่านในที่เรียกว่าบัส ( bus )

กลไกลการทำงานของหน่วยประมวลผลกลาง มีความสลับซับซ้อน ผู้พัฒนาซีพียูได้สร้างกลไกให้ทำงานได้ดีขึ้น โดยแบ่งการทำงาน ออกเป็นส่วนๆ มีการทำงานแบบขนาน และทำงานเหลื่อมกันเพื่อให้ทำงานได้เร็วขึ้น

ในด้านความเร็วของซีพียู ถูกกำหนดโดยปัจจัย 2 อย่าง ปัจจัยแรกคือ สถาปัตยกรรมภายในของซีพียูแต่ละรุ่น ซีพียูที่ได้รับการออกแบบภายใน ที่ดีกว่าย่อมมีประสิทธิภาพในการประมวลผลที่ดีกว่า การพัฒนาทางด้านสถาปัตยกรรมก็มีส่วนทำให้ลักษณะของซีพียูแตกต่างกันไป ดังในรูป จะเห็นความแตกต่างระหว่างซีพียูเพนเทียมในรุ่นแรกๆ กับซีพียูเพนเทียมโฟร์

นอกจากนี้ อีกปัจจัยหนึ่งที่เป็นตัวกำหนดความเร็วของซีพียู คือความถี่ของสัญญาณนาฬิกา ( clock ) ซึ่งเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่คอยกำหนดจังหวะการทำงานประสานของงจรภายในให้สอดคล้องกัน ในอดีตสัญญาณดังกล่าวจะมีความถี่ในหน่วยเป็นเมกะเฮิรตซ์ ( megahertz ) หรือล้านครั้งต่อวินาที ดังนั้นสำหรับซีพียูที่มีสถาปัตยกรรมภายในเหมือนทุกประการ แต่ความถี่สัญญาณนาฬิกาต่างกัน ซีพียูที่มีความถี่สัญญาณนาฬิกาต่างกัน ซีพียูที่มีความถี่สัญญาณนาฬิกาสูงกว่าจะทำงานได้เร็วกว่าและซีพียูที่มีอยู่ในปัจจุบันมีความถี่ในระดับจิกะเฮิรตซ์