8051單片機屬於馮·諾依曼型結構，其內部主要包括以下幾大功能部件。各個部分通過內部總線相連接。
1、中央處理器（CPU）
CPU是單片機的核心，它是8位數據寬度的處理器，能處理8位二進制數據或代碼其主要任務是負責控制、指揮和調度整個系統協調工作，完成運算和控制功能。
2、程序存儲器（ROM）
片內程序存儲器大小爲4KB，主要用於存放程序代碼、原始數據和表格。但也有一些單片機內部不帶ROM，如8031、80C31等。
3、數據存儲器（RAM）
片內有128個8位用戶數據存儲單元，用以存放可以隨時讀/寫的數據，如運算的中間結果、臨時數據等。另外，內部還有128個專用寄存器（8位）單元，用於配置單片機的內部各個功能部件或存放一些控制指令數據。
4、並行輸入/輸出（I/O）口
四個8位並行I/O口，分別爲P0、P1、P2、P3，每個口既可以用作輸入口，也可以用作輸出口。
5、定時/計數器
兩個16位定時/計數器T0和T1,可用作定時器或計數器使用，通過編程配置可工作於4種不同的工作模式下。
6、中斷系統
五個中斷源的中斷控制系統，包括：兩個外部中斷（INT0和INT1）和三個內部中斷（定時/計數器T0、T1及串口中斷）。每個中斷源均可設置爲高優先級或低優先級。
7、串行通信接口
一個全雙工通用異步接收發送器（Universal Asynchronous Receiver/Transmiter, UART）串行I/O口，可實現單片機與單片機之間或其他微機之間的串行數據通信。
8、時鐘電路
片內振盪器和時鐘產生電路，但石英晶體和微調電容需要外接，最高允許振盪頻率爲12MHz。用於產生整個單片機運行的脈衝時序，對單片機的運行速度起着決定性的作用。