Un microcontroller (spesso abbreviato con MCU o µC) è essenzialmente un computer a chip singolo. I microcontroller hanno molte somiglianze con i microprocessori e praticamente tutti i microcontroller disponibili oggi hanno caratteristiche che li collocano lungo la linea continua dei chip tra le le due estremità costituite da un lato dai microntroller effettivi e dall'altro dai microprocessori. Tuttavia ci sono parecchie caratteristiche che normalmente li distinguono.

Una caratteristica tipica dei microcontroller è la memoria on-chip limitata (di solito flash) per archiviare il codice di esecuzione. Alcuni microcontroller eseguono i codici direttamente da questa memoria. Tuttavia non è raro trovare microcontroller con una piccola RAM in aggiunta. La memoria on-chip permette ai microcontroller di iniziare a eseguire il codice subito dopo l'accensione. Anche se le memorie interne implicano tempi di accesso più rapidi, la memoria disponibile in un microcontroller è spesso limitata. In ogni caso, questa memoria limitata non è di solito un inconveniente dal momento che i microcontroller sono principalmente usati in applicazioni che si prestano a piccoli programmi costruiti per uno scopo specifico.

Un'altra caratteristica associata ai microcontroller è la linea di alimentazione singola. Questo sistema semplificato permette di usare un numero inferiore di componenti esterni nei sistemi a microcontroller.

La maggior parte dei microcontroller utilizza bus di comunicazione seriali (I2C, SPI, UART) per interfacciarsi con chip e dispositivi esterni. Di solito ciò permette di avere PCB più piccoli e progetti più semplici. Come con la linea di alimentazione singola, i bus seriali normalmente comportano un minor numero di componenti esterni necessari per attivare un progetto di microcontroller.

Le velocità di clock comunemente associate ai microcontroller sono inferiori a 200 MHz, ma funzionano bene nelle applicazioni in tempo reale dal momento che hanno una piccola o nessuna dipendenza dalle memorie esterne[RS1] . Inoltre i microcontroller sono spesso progettati con un'attenzione verso l'elaborazione interrupt. Spesso sono indicati per una robusta manipolazione a livello di bit rendendoli ancora più adatti per applicazioni a scopo unico in tempo reale.

Sebbene i microcontroller possano essere selezionati in base a un certo numero di criteri, la larghezza del bus espressa in bit è molto spesso il punto di partenza nella scelta di un microcontroller. Opzioni comuni sono 8, 16 e 32 bit. Bus con larghezze maggiori permettono prestazioni migliori in molte applicazioni.