Središnja procesorska jedinica (CPU) je mozak računala. On upravlja svim izračunima u sustavu izvodeći jedan po jedan aritmetički izračun: zbrajanje, oduzimanje, množenje ili dijeljenje. Atmega128® je mikrokontrolerska jedinica koja koristi brzine od otprilike 1 milijun instrukcija u sekundi (MIPS) po megahercu (MHz) brzine takta. To znači da kada radi na 1.0MHz, čip može izračunati otprilike milijun aritmetičkih rješenja svake sekunde.
Osim svoje sirove brzine takta, CPU je ništa bez svoje memorije. Bez mogućnosti pohranjivanja izračunatih podataka, rješenja bi se trenutno izgubila. Atmega128® sadrži 128 kilobajta ugrađene flash memorije, a osim toga, sadrži četiri kilobajta elektroničke izbrisive programabilne memorije samo za čitanje (EEPROM). EEPROM pohranjuje informacije o sustavu binarnog ulaza i izlaza (BIOS) za računalo na koje je čip priključen. BIOS djeluje kao operativni sustav niske razine, kontrolirajući hardver povezan sa sustavom.
Atmega128® se spaja na matičnu ploču u računalni sustav. Ako je CPU mozak sustava, matična ploča je kralježnica: sve komponente računalnog sustava povezuju se s njim. Atmega128® se povezuje na matičnu ploču preko 64-pinske veze. To znači da je Atmega128® kompatibilan samo s matičnim pločama koje podržavaju ovu 64-pinsku vezu.
Kao i svi elektronički uređaji, Atmega128® zahtijeva stalan dotok energije za rad. Radi na naponu od 4.5 do 5.5 volti. Napajanje na računalu osigurava ovu snagu, a informacije postavljene u BIOS-u sustava pohranjene na EEPROM-u CPU čipa postavljaju određenu vrijednost napona.
Maksimalna radna frekvencija Atmega128® mikroprocesora je 16MHz. Opet, specifična brzina čipa obično se postavlja putem BIOS-a jedinice. Općenito, što brže radi čip, proizvodi više snage i topline. Na punoj brzini od 16MHz, Atmega128® će biti sposoban izvršiti 16 milijuna instrukcija u sekundi.
Osim što zahtijeva određenu razinu napona, svaki CPU čip ima određenu radnu temperaturu. Temperature niže od minimalne spriječit će protok elektroničkih signala kroz čip, a temperature veće od maksimalne će izobličiti sam čip, što onemogućuje prolazak signala. Raspon Atmega128® je od -40 do 85 stupnjeva Celzija (-40 do 185 Fahrenheita). Međutim, kao i kod sve elektronike, trčanje više prema donjem kraju te ljestvice produžit će životni vijek čipa.