Arduino consiste in un microcontroller a 8-bit AVR prodotto dalla Atmel, con l'aggiunta di componenti complementari che ne facilitino l'incorporazione in altri circuiti. Le Arduino ufficiali hanno usato chip della serie megaAVR - nello specifico i modelli ATmega8, ATmega168, ATmega328, e ATmega1280 - ma i suoi cloni si servono di una manciata di altri processori. Molte schede includono un regolatore lineare di tensione a 5-volt e un oscillatore a cristallo a 16MHz (o un risonatore ceramico in alcune varianti), sebbene alcune implementazioni, come ad esempio la piccola LilyPad, girino a 8Mhz e facciano a meno dello stabilizzatore di tensione a causa delle specifiche restrizioni dovute alle minute dimensioni della scheda e alla sua forma circolare.
Inoltre, il controller Arduino è pre-programmato con un bootloader che semplifica il caricamento dei programmi sulla memoria flash incorporata nel chip, rispetto ad altri device che invece, solitamente, richiedono un programmer esterno.
A livello concettuale, tutte le schede sono programmate attraverso un porta seriale RS-232, ma il modo in cui questa funzionalità è implementata nell'hardware varia da versione a versione. Le schede seriali Arduino contengono un semplice circuito inverter che permette la conversione tra il livello della RS-232 e il livello dei segnali TTL.
Le versioni attuali di Arduino sono gestite via USB: l'ultima versione, la Uno, utilizza un microcontrollore Atmega8U2 programmato come convertitore USB-seriale mentre le precedenti versioni Diecimila e Duemilanove usavano dei chip adattatori USB-seriale, come gli FT232 di FTDI. Alcune varianti, come la Arduino Mini e la versione non ufficiale Boarduino, usano una scheda o un cavo adattatore USB-seriale staccabile.
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