Motorola 68000 de 32 bits (rodando em modo 16 bits) a 7,67 MHz. Endereça 16 MB de ROM (limitado a 4 MB em cartuchos). RAM endereçável: 64 KB.
Zilog Z80 a 3,58 MHz. Controla áudio e dá retrocompatibilidade com Master System (o Z80 era a CPU principal do Master System). 8 KB de RAM de trabalho + 8 KB de RAM de som; acessa 32 KB da RAM do 68000 para sound banking.
Texas Instruments TMS9918 (versão Genesis). Paleta de 512 cores (3 bits/canal), máx. 64 cores simultâneas. Até 3 backgrounds + 80 sprites. Resolução máx.: 320x480 (PAL) / 256x480 (NTSC). Modo Master System: 256x192. VRAM: 64 KB; Color RAM: 64 KB; Vertical Scroll RAM: 40 KB.
Arquitetura de 16 bits com CPU de 32 bits internamente, som FM avançado e VDP capaz de múltiplos planos e sprites. Base para muitos clássicos da Sega.