CPU主要包含运算器、控制器、寄存器，它是PLC的核心部分。PLC的CPU芯片其实就是微处理器或单片机。只是它是专用于PLC的，并且大部分是生产厂家为实现PLC产品最佳性能而自行研制开发的。也有的PLC产品用的CPU芯片就是通用的单片机，只是内部装有自行编写的监控程序，并靠该监控程序实现PLC功能。
CPU芯片的性能直接关系着PLC处理控制信号的能力和速度， CPU位数越多，运算速度越快，系统处理的信息量也就越大。随着CPU芯片技术的飞跃发展， PLC所用的CPU芯片也越来越高档。在一些对可靠性要求特别高的大型工业应用场合，采用双CPU结构，构成冗余系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍然可以正常运行。
