میکروکنترلرها نوعی مینی کامپیوتر جمع و جور هستند که برای انجام کارهای خاصی در سیستم‌های توکار طراحی شده‌اند. میکروکنترلرها شامل اجزایی مانند پردازنده، حافظه، ورودی-خروجی و تایمر هستند که با هم در یک تراشه قرار گرفته‌اند. میکروکنترلرها می‌توانند با زبان‌های برنامه‌نویسی مختلفی مانند C، C++، Assembly و غیره برنامه‌ریزی شوند. میکروکنترلرها از نظر اندازه، سرعت، قدرت، قیمت و کاربرد متفاوت هستند و بر اساس نیازهای مختلف انتخاب می‌شوند. برخی از میکروکنترلرهای معروف عبارتند از: AVR، PIC، ARM، Arduino، Raspberry Pi و غیره.

میکروکنترلرها از اجزای زیر تشکیل شده‌اند:

پردازنده: قسمتی است که دستورات برنامه را اجرا می‌کند و عملیات‌های ریاضی و منطقی را انجام می‌دهد. پردازنده می‌تواند از نوع 8 بیتی، 16 بیتی، 32 بیتی و 64 بیتی باشد. هر چه تعداد بیت‌های پردازنده بیشتر باشد، قدرت و سرعت آن بیشتر است.
حافظه: قسمتی است که داده‌ها و برنامه‌ها را ذخیره می‌کند. حافظه می‌تواند از نوع ROM یا RAM باشد. ROM نوعی حافظه ثابت است که داده‌ها و برنامه‌های اولیه را نگه می‌دارد و قابل تغییر نیست. RAM نوعی حافظه موقت است که داده‌ها و برنامه‌های در حال اجرا را نگه می‌دارد و قابل تغییر است. هر چه حجم حافظه بیشتر باشد، ظرفیت ذخیره‌سازی بیشتر است.
ورودی-خروجی: قسمتی است که میکروکنترلر را به دستگاه‌ها و سنسورهای خارجی متصل می‌کند و امکان ارسال و دریافت داده‌ها را فراهم می‌کند. ورودی-خروجی می‌تواند از نوع آنالوگ یا دیجیتال باشد. آنالوگ نوعی ورودی-خروجی است که سیگنال‌های متغیر با مقادیر متفاوت را پشتیبانی می‌کند. دیجیتال نوعی ورودی-خروجی است که سیگنال‌های ثابت با مقادیر صفر و یک را پشتیبانی می‌کند.
تایمر: قسمتی است که میکروکنترلر را به زمان متصل می‌کند و امکان ایجاد و کنترل سیگنال‌های متناوب و تاخیرها را فراهم می‌کند. تایمر می‌تواند از نوع شمارنده یا مقایسه‌کننده باشد. شمارنده نوعی تایمر است که تعداد پالس‌های ورودی را می‌شمارد و بر اساس آن عمل می‌کند. مقایسه‌کننده نوعی تایمر است که مقدار شمارنده را با مقدار تنظیم شده مقایسه می‌کند و بر اساس آن عمل می‌کند.