המעבד מורכב ממיליוני טרנזיסטורים שנמצאים על פיסת צורן (סיליקון) זעירה. הטרנזיסטורים הזעירים אוגרים בתוכם מתחים שונים המייצגים את השפה הבינארית שבה המחשב משתמש. מתח מסוים בטרנזיסטור שקול לספרה הבינארית 1, ומתח אחר שקול לספרה הבינארית 0. באמצעות קבוצות של אפסים ואחדים מצליח המעבד ליצור ייצוגים של מספרים, לשמור ולקרוא אותם מזיכרון המחשב ולבצע עליהם פעולות מתמטיות או לוגיות.

להלן תיאור סכימטי של המעבד:

• יחידת מנשק פס - אחראית על המנשק בין המעבד לעולם מחוצה לו. אחראית על העברת מידע מהמעבד ואליו.
• זיכרון מטמון - המעבד אינו עובד ישירות מול הזיכרון הפנימי של המחשב אלא מול זיכרונות הנמצאים על המעבד ומכונים מטמון (Cache). הסיבה לכך היא שהגישה לזיכרון מטמון היא הרבה יותר מהירה מהגישה לזיכרון העיקרי של המחשב. במעבד ישנם שני מטמונים: אחד אחראי לאגור נתונים השייכים לתוכנית שרצה, והשני אחראי לאגור את פקודות התוכנית שיש לבצע.
• יחידת חיזוי הסתעפות - אחראית לקבוע היכן יש לטפל בפקודה הבאה - ביחידה אריתמטית לוגית Arithmetic Logic Unit) ALU) או ביחידת נקודה צפה Floating Point Unit) FPU), ואם ביחידה אריתמטית לוגית אז באיזה מבין השתיים הקיימות (ראה להלן).
• טוען פקודות ויחידת הפענוח - מקבלת את הפקודה שיש לבצע מזיכרון המטמון לפקודות, ויחידת הפענוח מתרגמת את הפקודה להוראות המובנות ע"י ה-ALU או ה-FPU.
• יחידת הביצוע - ביחידה זו מתבצעות הפעולות המתמטיות והלוגיות ע"י יחידות שנקראות Arithmetic Logic Unit) ALU). ה-ALU מקבל את הנתונים שעליהם לבצע את הפעולות מהאוגרים שתפקידם לאגור את הנתונים כפי שהם התקבלו מזיכרון המטמון לנתונים. ה-ALU יכול לבצע רק פעולות על מספרים שלמים.
• Floating Point Unit) FPU) - אחראית לביצוע של פעולות אריתמטיות במספרים שאינם שלמים.

תהליך ביצוע הפקודות הינו:

1. יחידת מנשק הפס מקבלת נתונים מהזיכרון. חלקם פקודות שיש לבצע וחלקם נתונים שיש לבצע באמצעותם את הפקודות.
2. יחידת מנשק הפס מעבירה את הנתונים למטמון הפקודות ולמטמון הנתונים.
3. יחידת חיזוי ההסתעפות בוחנת את הפקודות שנאגרות במטמון הפקודות כדי לקבוע איזה רכיב צריך לטפל בפקודה. את החלטותיה היא מעבירה לטוען הפקודות.
4. טוען הפקודות מקבל את הפקודות ממטמון הפקודות ובהתאם להוראות מיחידת חיזוי ההסתעפות הוא קובע לאן לשלוח את הפקודה לטיפול: ל-ALU הראשון, ל-ALU השני או ל-FPU.
5. ביחידת הביצוע מתבצעים חישובים לוגיים או חישובים אריתמטיים על מספרים שלמים וב-FPU מתבצעות פעולות על מספרים ממשיים. תוצאות החישובים עוברות לזיכרון המטמון לנתונים.
6. הנתונים החדשים בזיכרון המטמון עוברים ליחידת מנשק הפס ששולחת את הנתונים לזיכרון של העיקרי של המחשב.

כדי שכל הפעולות הללו יתבצעו יש צורך לסנכרן אותם. התהליך חייב הרי להתבצע לפי סדר, אחרת, כל חלק במעבד יפעל בזמן לא ידוע ויהיו פעולות שיתבצעו לפני שפעולות קודמות להן הסתיימו. למשל, נניח שיחידת מנשק הפס מעבירה פקודות למטמון הפקודות לפני ביצוע של הפקודות שהיו בו קודם. אנו עלולים במצב כזה לדלג על ביצוע של פקודות והדבר עלול לגרום לשיבוש בהרצת תוכניות.
כדי להתגבר על בעיה זו יש בכל מחשב שעון שפועם בקצב אחיד של מיליוני פעמים בשניה ובכל פעם הוא שולח אות למעבד. באמצעות אות זה רכיבי המעבד מסונכרנים בינהם ומבצעים את עבודתם לפי סדר.