Smartphones benötigen ein hohes Maß an Rechenleistung, um vielfältigen Funktionen und Anwendungen bieten zu können. Den Antrieb im Inneren des Smartphones liefert der Prozessor. Die Leistungsfähigkeit des Prozessors wird in der Maßeinheit Hertz angegeben. Der Prozessor schickt Befehle in Form von elektrischen Impulsen an verschiedene Bauteile des Gerätes. Hertz ist das Maß dafür wie viele Impulse pro Sekunde der Prozessor verarbeiten kann. Ein 500 Megahertz-Prozessor beispielsweise verarbeitet 500 Millionen elektronische Impulse pro Sekunde. Je höher diese – auch Taktfrequenz oder umgangssprachlich Arbeitstakt – genannte Zahl ist, desto schneller kann der Prozessor arbeiten. Das gilt für alle Rechner vom heimischen PC bis zum Smartphone.
Prozessoren für Mobiltelefonen sollen möglichst klein sein, viel Leistung bringen und wenig Strom verbrauchen. Um die spezifischen Anforderungen an solche Smartphone-Prozessoren zu erfüllen, reicht es nicht, vorhandene PC-Prozessoren einfach zu verkleinern. Je kleiner ein Prozessor ist, desto mehr Strom verliert er. Also werden bei kleinen Prozessoren beispielsweise bessere Isoliermaterialen verwendet. In Handy-Chips kombiniert man oft einen Kern-Prozessor für allgemeine Aufgaben mit einem Spezialprozessor für Multimediaaufgaben in einem Gesamtprozessor.
Um eine möglichst hohe Leistung bei wenig Stromverbrauch zu erzielen, packen die Entwickler auch bei den Mobiltelefon-Prozessoren zunehmend mehrere sogenannte Prozessor-Kerne in einen Gesamt-Prozessor. Statt eines Zwei-Gigahertz-Prozessors, der viel Strom verbraucht, vereinigt man zwei stromsparende Ein-Gigahertz-Prozessoren zu einem Gesamtprozessor. Dieser bringt die gleiche Leistung und verbraucht weniger Strom. Dies nennt man die „Multi-Core-Technik“, die Prozessoren heißen Mehrkernprozessoren oder Multicore-Prozessoren oder Multikernprozessoren. Bei Dual-Core beispielsweise gibt es zwei Kerne auf einem Chip, bei Quad-Core vier.
Handy-Prozessoren haben einen eigenen spezifischen Aufbau. Dieser Aufbau eines Prozessors wird allgemein als Design oder Architektur bezeichnet. Die dominierende Architektur unter den Smartphone-Prozessoren ist die ARM-Architektur, die erstmals 1982 von dem Computerproduzenten Acron entwickelt wurde.
Bei Handy sind Chips mit ARM-Architektur allgegenwärtig. Die OMAP-Serie der Firma Texas Instruments umfasst zahlreiche mobile Prozessoren mit unterschiedlichen Fähigkeiten. Die Prozessoren dieser Familie arbeiten alle mit ARM-Technologie.
Von der Firma Qualcomm wurde die Snapdragon-Prozessor-Reihe für Mobiltelefone und mobile Endgeräte entwickelt. Die ersten Prozessoren aus dieser Reihe waren der QSD8650 und der QSD8250, sie kamen Ende 2008 heraus. Sie arbeiteten mit einem Gigahertz (GHz) Taktfrequenz und bestanden aus einem Kernprozessor, einem Mobilfunkmodem und einem GPS-Empfänger zur Positionsortung. Eine Weiterentwicklung war der QSD8x50A mit 1.3GHz, der 30 Prozent weniger Strom verbrauchte; er ist seit Ende 2009 auf dem Markt.
In iPhones und iPads arbeitet der von Apple entwickelte und von Samsung hergestellte Chip Apple A4. Dieser besteht aus drei Schichten, er enthält den eigentlichen Rechenkern, den Arbeitsspeicher und einen Grafikprozessor, er arbeitet im Takt von einem Gigahertz.
Die Hummingbird genannte Prozessorenfamilie stammt von Samsung. Der Prozessor, der im Juli 2009 vorgestellt wurde, arbeitet gleichfalls mit einer Leistung von einem Gigahertz. Er soll große Ähnlichkeit mit dem Apple A4 haben.
Weiter zu nennen ist der von Nvidea entwickelte Tegra mit 750 Gigahertz. Er enthält neben dem Rechenkern einen Grafikprozessor und kann Videos bis 720 Zeilen wiedergeben und Fotos bis zu 12 Megapixel verarbeiten.
Auf den Namen Nomadik wurde ein Prozessor von ST-Ericsson getauft, der ebenfalls auf der ARM- Architektur basiert. Er kommt in Mobilfunkgeräten mit Multimedia-Funktionen zum Einsatz, da er das Abspielen von Musik, Fotografieren und Videotelefonie in Echtzeit ermöglicht. Er wird beispielsweise in den N96-Mobiltelefone von Nokia verbaut.
Die erste Chip-Architektur mit dem Namen ARM wurde 1982 vom Computerproduzenten Acron entwickelt – unter dem ursprünglichen Namen „Acron Risc Machine“, kurz ARM. 1990 wurde zur Entwicklung und Vermarktung der ARM-Technologie das Unternehmen Advanced Risc Machine Ltd. von Acron, Apple und VLSI Technology gegründet, 1993 kam die Nippon Investment and Finance als vierter Großinvestor hinzu. Die größten Anteilseigner waren damals Acron und Apple mit jeweils 43 Prozent, VLSI und Nippon hielten je sieben Prozent. 1998 wurde das Unternehmen im Zuge des Börsenganges in ARM umbenannt.
Das heute unter ARM Holdings plc firmierende Unternehmen vermarktet die ARM-Prozessor-Kern-Architektur, indem es Lizenzen an die Produzenten von Prozessoren vergibt. Nach Angaben der Firma wurden bislang über 600 ARM-Lizenzen an mehr als zweihundert Firmen weltweit verkauft. Demzufolge wurden bislang 15 Milliarden Prozessoren hergestellt, die auf ARM-Technologie basieren. Die Mehrheit der Smartphones wird von ARM-Chips gesteuert.