嵌入式系統的核心部件是各種類型的嵌入式處理器，處理器的選擇是嵌入式系統設計的關鍵一步，需要考慮的因素包括：系統的性能、硬件尺寸、功耗以及設計開發費用等。
一. 嵌入式微處理器
    嵌入式微處理器(Embedded Microprocessor Unit，簡稱為EMPU)的基礎是通用計算機中的CPU。在應用中，將微處理器裝配在專門設計的電路板上，只保留和嵌入式應用有關的母板功能，這樣可以大幅度減小系統體積和功耗。為了滿足嵌入式應用的特殊要求，嵌入式微處理器雖然在功能上和標準微處理器基本是一樣的，但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強。
和工業控制計算機相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優點，但是在電路板上必須包括ROM、RAM、總線接口、各種外設等器件，從而降低了系統的可靠性，技術保密性也較差。嵌入式微處理器及其存儲器、總線、外設等安裝在一塊電路板上，稱為單板計算機。如STD-BUS、PC104等。
嵌入式微處理器一般就具備以下4個特點：
   1)對實時多任務有很強的支持能力，能完成多任務并且有較短的中斷響應時間，從而使內部的代碼和實時內核心的執行時間減少到最低限度。
   2)具有功能很強的存儲區保護功能。這是由于嵌入式系統的軟件結構已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現錯誤的交叉作用，需要設計強大的存儲區保護功能，同時也有利于軟件診斷。
   3)可擴展的處理器結構，以能最迅速地開發出滿足應用的最高性能的嵌入式微處理器。
   4)嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動的計算和通信設備中靠電池供電的嵌入式系統更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW級。
嵌入式處理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等。
二. 嵌入式微控制器
    嵌入式微控制器(Micro-controller Unit，簡稱為MCU)又稱為單片機，顧名思義，就是將整個計算機系統集成到一塊芯片中。嵌入式微控制器一般以某一種微處理器內核為核心，芯片內部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數器、看門狗(Watch Dog)、I/O、串行口、脈寬調制輸出、A/D、D/A、Flash、EEPROM 等各種必要功能和外設。為適應不同的應用需求，一般一個系列的單片機具有多種衍生產品，每種衍生產品的處理器內核都是一樣的，不同的是存儲器和外設的配置及封裝。這樣可以使單片機最大限度地和應用需求相匹配，功能不多不少，從而減少功耗和成本。
    和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系統工業的主流。微控制器的片上外設資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱微控制器。
    嵌入式微控制器目前的品種和數量最多，比較有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300 等。另外還有許多半通用系列如：支持USB接口的MCU 8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN-Bus、LCD及眾多專用MCU和兼容系列。目前MCU占嵌入式系統約70％的市場份額。
三. 嵌入式DSP處理器
    嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor，又稱為EDSP)對系統結構和指令進行了特殊設計，使其適合于執行DSP算法，編譯效率較高，指令執行速度也較高。在數字濾波、FFT、譜分析等方面DSP算法正在大量進入嵌入式領域，DSP應用正從在通用單片機中以普通指令實現 DSP 功能，過渡到采用嵌入式DSP處理器。嵌入式DSP處理器有兩個發展來源，一是DSP處理器經過單片化、EMC改造、增加片上外設成為嵌入式DSP處理器，TI的TMS320C2000/C5000等屬于此范疇；二是在通用單片機或SOC中增加DSP協處理器，例如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore。
    推動嵌入式DSP 處理器發展的另一個因素是嵌入式系統的智能化，例如各種帶有智能邏輯的消費類產品，生物信息識別終端，帶有加解密算法的鍵盤，ADSL接入、實時語音壓解系統，虛擬現實顯示等。這類智能化算法一般都是運算量較大，特別是向量運算、指針線性尋址等較多，而這些正是DSP處理器的長處所在。