單片機是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），由運算器，控制器，存儲器，輸入輸出設備等構成，相當於一個微型的計算機。
與應用在個人電腦中的通用型微處理器相比，它更強調自供應（不用外接硬件）和節約成本。它的最大優點是體積小，可放在儀表內部，但存儲量小，輸入輸出接口簡單，功能較低。由於其發展非常迅速，舊的單片機的定義已不能滿足，所以在很多應用場合被稱為範圍更廣的微控制器；從上世紀80年代，由當時的4位、8位單片機，已經發展到現在的32位300M的高速單片機。
由於單片機在工業控制領域的廣泛應用，單片機由僅有CPU的專用處理器芯片發展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統更小，更容易集成進複雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。
