中央處理器（CPU）主要由運算器、控制器、寄存器、數據緩存、指令緩存、總線接口單元和浮點運算單元等組成。
其中，運算器由算術邏輯單元、累加器、狀態寄存器、通用寄存器組等構成，它的核心是算術邏輯單元，可執行各種算術運算（如加、減、乘、除等）和邏輯運算（如比較、選擇、匹配以及合并數據等）。
控制器由程序狀態寄存器、系統狀態寄存器、程序計數器、指令寄存器等組成，它是發布命令的 “決策機構”，負責協調和控制 CPU 中各個部件的操作，比如產生計算機的全部操作控制信號，對取指令、分析指令和執行指令的操作過程進行控制，以及按照預定順序改變主電路或控制電路的接線和改變電路中電阻值來控制相關操作。
寄存器是 CPU 內部的高速存儲器，用于暫時存儲指令、數據和中間結果。常見的寄存器包括程序計數器（PC），用于給出將要取出并執行的指令的地址；指令寄存器（IR），用于保存當前正執行的一條指令；數據地址寄存器（AR），用于保存當前 CPU 所訪問的數據緩存單元的地址；通用寄存器，可作為累加器、變址寄存器、計數器、移位器、地址指針、數據緩沖器等，用于存放操作數和操作數在數據緩存中的地址等；狀態寄存器，用于保存運算器的運算結果狀態、程序運行時的工作狀態及機器的狀態信息。
此外，數據緩存用于存儲經常使用的數據，指令緩存用于存儲指令，總線接口單元用于與系統總線進行通信，浮點運算單元則專門用于執行浮點運算。
不同類型的 CPU 可能在具體組成上會有一些差異，但總體上都包含上述這些基本組成部分。這些部分協同工作，使得 CPU 能夠高效地執行各種計算任務和控制計算機的操作。