Centralna procesna enota (CPU) so možgani računalnika. Obdeluje vse izračune v sistemu tako, da izvaja en aritmetični izračun naenkrat: seštevanje, odštevanje, množenje ali deljenje. Atmega128® je mikrokrmilniška enota, ki uporablja hitrosti približno 1 milijon navodil na sekundo (MIPS) na megahertz (MHz) taktne hitrosti. To pomeni, da lahko čip pri 1.0 MHz izračuna približno milijon aritmetičnih rešitev vsako sekundo.
Poleg svoje surove taktne hitrosti je CPU nič brez pomnilnika. Brez možnosti shranjevanja izračunanih podatkov bi bile rešitve v trenutku izgubljene. Atmega128® vsebuje 128 kilobajtov vgrajenega bliskovnega pomnilnika, poleg tega pa vsebuje še štiri kilobajte elektronsko izbrisljivega programabilnega pomnilnika samo za branje (EEPROM). EEPROM shranjuje informacije o binarnem vhodnem izhodnem sistemu (BIOS) za računalnik, na katerega je pritrjen čip. BIOS deluje kot nizkonivojski operacijski sistem, ki nadzoruje strojno opremo, povezano s sistemom.
Atmega128® se pritrdi na matično ploščo v računalniškem sistemu. Če je CPU možgani sistema, je matična plošča hrbtenica: vse komponente računalniškega sistema se povezujejo z njim. Atmega128® se poveže z matično ploščo preko 64-pinske povezave. To pomeni, da je Atmega128® združljiv samo z matičnimi ploščami, ki podpirajo to 64-pinsko povezavo.
Kot vse elektronske naprave, Atmega128® zahteva stalen dotok energije za delovanje. Deluje pri napetosti od 4.5 do 5.5 voltov. Napajalnik na računalniku zagotavlja to moč, informacije, ki so nastavljene v sistemskem BIOS-u, shranjene v EEPROM-u čipa CPE, pa določajo specifično vrednost napetosti.
Največja delovna frekvenca mikroprocesorja Atmega128® je 16MHz. Še enkrat, specifična hitrost čipa je običajno nastavljena prek BIOS-a enote. Na splošno velja, da hitreje deluje čip, več energije in toplote proizvede. Pri polni hitrosti 16MHz bo Atmega128® sposoben izvajati 16 milijonov navodil na sekundo.
Poleg tega, da zahteva določeno raven napetosti, ima vsak čip CPU določeno delovno temperaturo. Temperature, nižje od najnižje, bodo preprečile pretok elektronskih signalov skozi čip, temperature, višje od najvišje, pa bodo popačile sam čip, kar onemogoča prehod signalov. Razpon Atmega128® je od -40 do 85 stopinj Celzija (-40 do 185 Fahrenheita). Vendar pa bo, tako kot pri vsej elektroniki, teči bolj proti spodnjemu koncu te lestvice podaljšali življenjsko dobo čipa.