Unidad de Procesamiento Central: Custom CPU multipropósito Sony "Allegrex" basado en MIPS de velocidad configurable en 1/333 MHz, incluye un CPU basado en MIPS32 Rk-4 de 32 bits, un FPU (Unidad de Coma Flotante) y un VFPU de cálculo vectorial. También incluye un procesador conocido como "Media Engine"; siendo también un CPU basado en MIPS32 Rk-4 de 32 bits dedicado al manejo de audio/video por hardware y un DSP (Procesador digital de señal) programable "Virtual Mobile Engine". El "Media Engine" tiene funcionalidades similares al CPU principal y sirve como equivalente ante la falta de VPU.

Memoria: 32 MB RAM de memoria principal (64 MiB en PSP Slim & Lite) y 4 MB DRAM embedida; los 4 MiB corresponden a 2 MiB para el chip gráfico y a 2 MiB del "Media Engine", ambos CPUs contienen 16KB de caché de instrucciones y caché de datos y 16KB de scratchpad, además de 32 MiB de memoria Flash NAND (usada para guardar configuraciones y archivos del sistema).

Chip gráfico: Custom GPU de velocidad configurable en 1/166 MHz con 2 MB de memoria interna e interfaz de 512 bits soportando renderizado de polígonos y NURBS, iluminación direccional por hardware, environment projection y texture mapping, compresión de texturas y mosaicos, niebla, alpha blending, depth and stencil test, vertex blending para efectos de morphing y dithering; todo en 16 o 24 bits de profundidad de color. El Chip gráfico también maneja la salida de vídeo. El sistema es capaz de mover unos 33 millones de polígonos iluminados y tratados, con un ratio de 664 millones de pixeles por segundo.

Chip de Sonido: Custom DSP configurable Sony "Virtual Mobile Engine" Sonido 3D, Multi-Canal 7.1ch.

Pantalla: 4,3 pulgadas, 16:9 widescreen TFT LCD480 x 272 pixels (16.77 millones de colores)

Códecs: ATRAC3 plus, AAC, MP3, WMA, AVC/@MP for Picture / Movi, H.264 (MPEG-4 Part 10). Soporte de imágenes en formato JPEG, GIF, TIFF, BMP y PNG.

Media: Lectura de datos desde sistema de discos ópticos UMD (Universal Media Disk) y Memory Stick PRO DUO,

WIFI: Wi-Fi IEE 802.11b permite conexión Ad-HOC e Infraestructura con otras PSP y con Internet con jugabilidad para 2/16 jugadores simultáneamente.

Gamesharing: Algunos títulos del sistema PSP soportan la transferencia de juego en modo multijugador con otras consolas que no cuenten con el juego en cuestión, esto se logra enviando los datos a través de conexión Ad-Hoc y cargándolos sobre la memoria RAM.

Interfaz: XMB "XrossMediaBar" desarrollada por Sony.

Medidas: 190 mm de anchura (110 de pantalla TFT) y 74 mm de altura.

Peso: 320 gramos con batería