CPU (Central Processing Unit) หรือเรียกว่า หน่วยประมวลผลกลาง เปรียบเสมือนอวัยวะส่วนสมองของสมาร์ทโฟน, แท็บเล็ต และ แฟบเล็ต ที่ขับเคลื่อนการใช้งานผ่านการประมวลผลของชิปเซ็ต CPU โดยสามารถแบ่งประเภทได้ดังนี้
CPU single-core คือหน่วยประมวลผลที่มีการทำงานเพียงหนึ่ง core หรือหนึ่งแกนสมอง โดยเปรียบเทียบว่าในบริษัทหนึ่งมีคนทำงานเพียงคนเดียวที่จะต้องทำหน้าที่ทุกอย่างในการขับเคลื่อนบริษัทให้เดินหน้าต่อไป ดังนั้นการทำงานต่างๆ อาจมีความล่าช้า หากใช้งานพร้อมกันหลายประเภท
CPU dual-core คือหน่วยประมวลผลที่มีการทำงานของสอง core หรือมีสองแกนสมอง เปรียบเทียบกับบริษัทเดิมที่มีการเพิ่มคนทำงานอีกหนึ่งคนในการแบ่งเบาภาระ โดยแบ่งหน้าที่ทีแตกต่างกันออกไป
CPU quad-core คือหน่วยประมวลผลที่มีการทำงานถึงสี่ core หรือมีสี่แกนสมอง โดยบริษัทเดิมรับคนเพิ่มขึ้นอีกสามคน เพื่อช่วยแบ่งเบาภาระหน้าที่การทำงานให้ทำงานสบายขึ้น ซึ่งแต่ละแกนก็จะมีหน้าที่ที่แตกต่างกัน เพื่อการประมวลผลที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
CPU octa-core คือหน่วยประมวลผลที่มีการทำงานถึง 8 core หรือมีแปดแกนสมอง โดยเปรียบเทียบบริษัทเดิมแต่เพิ่มจำนวนขึ้นเป็นสองเท่า ซึ่งจะส่งผลให้การประมวลผลต่างๆ มีประสิทธิภาพรวดเร็วมากขึ้นกว่าเดิม โดย octa-core ถือเป็น CPU ล่าสุดในเวลานี้ และเริ่มถูกนำมาใช้บนสมาร์ทโฟน ยกตัวอย่างเช่น Samsung ได้นำหน่วยประมวลผล octa -core มาใช้แต่ประสิทธิภาพการทำงานยังไม่สามารถประมวลผลพร้อมกันได้ทั้ง 8 core (4+4) เพียงสลับหน้าที่ในการทำงานออกเป็นอย่างละ 4 core ซึ่งทาง Samsung ใช้ชื่อชิปเซ็ตนี้ว่า exynos และล่าสุดทาง MediaTekเตรียมเปิดตัวชิปเซ็ต True octa-core ที่สามารถทำงานพร้อมกันได้ถึง 8 core ในเร็วๆ นี้
นอกจากจำนวนของแกนสมองที่ยิ่งมีมากเท่าไหร่ ยิ่งส่งผลให้การประมวลของสมาร์ทโฟนมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น ความเร็วของ CPU ก็ยังเป็นตัวแปรสำคัญในการประมวลผล ยิ่งมีความเร็วมากเท่าไหร่ การประมวลผลของ CPU ก็ยิ่งตอบสนองการทำงานได้เร็วขึ้น แต่ปัญหาอย่างหนึ่งทีมักถูกพบคือ การที่มีแกนสมองในการประมวลผลมากเท่าไร จะส่งผลให้แบตเตอรี่ลดลงอย่างรวดเร็ว
ซึ่งปัจจุบันแบรนด์ CPU หลักที่ค่ายมือถือส่วนใหญ่เลือกใช้มี 5 แบรนด์ด้วยกันคือ NVIDIA, Mediatek, Qualcomm, Intel และ exynos (ผลิตโดย Samsung)