Un microcontrolador (a menudo abreviado como MCU o μC) es esencialmente una computadora monochip. Los microcontroladores comparten muchas similitudes con los microprocesadores y prácticamente todos los microcontroladores disponibles hoy en día tienen características que los ubican a lo largo de un continuum de chips entre los extremos de los microcontroladores y microprocesadores definitivos. Sin embargo, existe una serie de características que los distinguen comúnmente.

Una característica común de los microcontroladores es la memoria finita en chip (normalmente Flash) para almacenar el código de ejecución. Algunos microcontroladores ejecutan el código directamente desde esta memoria. Sin embargo, no es raro encontrar microcontroladores con una pequeña cantidad de RAM también. En el chip, la memoria permite que microcontroladores comiencen a ejecutar el código rápidamente después del encendido. Aunque las memorias internas significan tiempos de acceso más rápidos, la memoria disponible para un microcontrolador es a menudo limitada. No obstante, esta memoria limitada no es una desventaja, puesto que los microcontroladores se utilizan principalmente en aplicaciones que se prestan a programas integrados pequeños.

Otra característica asociada con los microcontroladores es un riel de alimentación única. Este sistema simplificado significa que se necesitan menos componentes externos en los sistemas del microcontrolador.

La mayoría de los microcontroladores dependen de los buses de comunicación en serie (I2C, SPI, UART) para interactuar con dispositivos y chips externos. Esto permite diseños más simples y PCB más pequeñas. Al igual que el riel de alimentación única, los buses seriales implican que se requieren menos componentes discretos externos para permitir el diseño de un microcontrolador.

Las velocidades de reloj mayormente asociadas con los microcontroladores están por debajo de los 200 MHz, pero funcionan bien en aplicaciones de tiempo real, ya que tienen poca o ninguna dependencia de memorias externas[RS1]. A menudo, los microcontroladores también se diseñan con un enfoque en el procesamiento basado en la interrupción. Normalmente, cuentan con instrucciones de manipulación a nivel de bits solidos que los preparan aún más para las aplicaciones en tiempo real de un solo propósito.

Aunque los microcontroladores se pueden seleccionar basado en una serie de criterios, el ancho de bus expresado en bits es a menudo el punto de partida al seleccionar un microcontrolador. Las opciones comunes son 8, 16 y 32 bits. Los buses más amplios permiten un mejor rendimiento en la mayoría de las aplicaciones.