應用處理器，簡稱AP（Application Processor），是手機“運行速度”的決定因素。AP包括了CPU（數據處理芯片）和GPU（圖形處理芯片）。以iPhone4為例，蘋果的A4處理器就包括了一顆主頻為1GHz的45nm CPU，還集成了SGX535的GPU。
CPU（Central Processing Unit）是整個設備的運算處理核心，擔任手機除通信功能外其他計算任務，包括內存管理、硬件係統調度等。CPU接收指令進行運算，再輸出命令進行執行。
GPU英文全稱Graphic Processing Unit。中文翻譯為“圖形處理器”，是一塊高度集成的芯片，其中包含了圖形處理所必須的所有元件，GPU和CPU之間通過RAM內存進行數據交換。在手機主板上，GPU芯片一般都是緊挨著CPU芯片的。
早期智能機（包括現在的低端智能機），所有的軟件、遊戲都是由CPU進行處理。但由於CPU的圖形處理能力比較低，使得這些手機稍微大一點的遊戲效果比較差，特別是大型3D遊戲會“卡”。因此中高端手機會專設一個GPU（圖形處理器），接管原來由CPU負責的所有圖形顯示功能、3D處理，還提供視頻播放、視頻錄製和照相時的輔助處理。
這也使得CPU被大大解放，可以專心地處理純指令，提高手機運行速度。
1.架構決定了CPU整體性能
架構是CPU的基礎，對於處理器的整體性能起到了決定性的作用，不同架構的處理器同主頻下，性能差距可以達到2～5倍。手機處理器的架構主要有ARM和Intel X86.
目前主流的處理器芯片廠商幾乎都采用了ARM架構，比如高通、德州儀器、英偉達、三星及蘋果，在此基礎上開發得來CPU。千元級的低端智能手機或者很多低價的國產手機處理器會采用ARMII架構；主流中高端手機處理器基本上都采用了ARM Cortex-A8架構，比ARMI1性能提升3倍以上，而功耗卻大大降低。比如德州儀器的OMAP34x0和OMAP36x0係列處理器。而高通驍龍S2/S3的Scorpion架構、三星蜂鳥、蘋果A4處理器，均是在A8的基礎上優化而來。代表機型包括了摩托羅拉DEFY、三星19000、蘋果iPhone 4以及小米手機等。
目前的大部分雙核處理器都采用了ARM Cortex-A9架構，比如Tegra 2、德州儀器OMAP44x0係列、三星獵戶座E4210和蘋果A5等，包括最近推出的首款四核處理器Tegra 3.ARM Cortex-A9可實現受到廣泛支持的ARMv7體係結構的豐富功能。相對於ARM Cortex-A8，最大的區別在於支持多核心和亂序執行，並且性能得到了很大的提升。隻有高通MSM8x60依然采用的是上一代的Scorpion架構。代表機型為摩托羅拉ME860、摩托羅拉Droid Razr、三星19100、iPhone 4S和HTC One X等。高通的下一代Krait（環蛇）架構，也是基於A9架構優化而來。
ARM最新發布的是傳說中能像打樁機那樣提速的28nm Cortex-A15.英偉達在CES2013（CES，國際消費類電子產品展覽會）中就展示了基於Cortex-A15架構，代號為“Wayne”的處理器芯片Tegra 4.而真正已將其推向市場的是三星Galaxy S4，其搭載的處理器Exynos 5410同樣基於Cortex-A15架構。三星Gal-axy S4預計2013年4月上市，有移動版、電信版、聯通版，以及TD公開版四個版本。
Intel X86架構在PC中占據著無法撼動的霸主地位。然而在手機CPU領域，采用X86架構的不多。2012年，Intel公司重回手機芯片領域後，把聯想和摩托羅拉作為首批重新基於英特爾架構做智能手機的合作夥伴。2012年6月，聯想發布了全球第一款基於英特爾Medfield淩動處理器的智能手機K800.現在最新機型是采用了Intel芯片的MOT0788.