CPU
Motorola 68000 de 16 bits a 7,61
MHz (PAL) o 7,67
MHz (NTSC). És el processador central de la Mega Drive.
Zilog Z80 de 8 bits a 3,55
MHz (PAL) o 3,58
MHz (NTSC). Aquesta CPU, en la Mega Drive, s'usa principalment per a tasques d'efectes de so, o com CPU principal en manera de compatibilitat amb Master System, permetent així l'execució de jocs i cartutxos natius d'aquesta, mitjançant un perifèric que proporcioni l'entrada corresponent, anomenat Power Base Converter, Mega Adaptor o Master System Converter segons el mercat.
Memòria
RAM principal: 64 Kb.
RAM de vídeo: 64 Kb.
RAM de So: 8 Kb.
ROM: Els primers models de Mega Drive no portaven, però posteriors models incloïen una ROM d'arrencada de 2Kb que mostrava el text «Produced by or under license from Sega Enterprises Ltd.».
Capacitat dels cartutxos: Normalment els jocs eren d'entre 4 i 16 Mbits. Alguns cartutxos arribaven fins als 24 Mbits (Jurassic Park, Eternal Champions…). El Sonic 3D va arribar fins als 32 Mbits i el Super Street Fighter II va arribar als 40 Mbits.
Gràfics
Un processador VDP (Video Display Processor) és l'encarregat de generar i manejar els gràfics (sprites, plànols de scroll, etc.).
Resolució: 320 x 224, 256 x 224, 320 x 240 (només per a alguns jocs adaptats a sistemes PAL, com Knuckles' Chaotix).
Paleta: 512, dels quals podran triar-se 61 per mostrar-se simultàniament amb una configuració habitual, tret que s'apliquin maneres especials; està la Color RAM (o CRAM), que suporta un màxim de 4 paletes de 16 colors cadascuna, sent el primer color transparent; es pot triar qualsevol color com a «color de fons», però la majoria dels jocs trien un dels colors transparents (per aquest motiu el màxim comú és 61, i no 64 ni 60). Diversos jocs, entre els quals destaquen Ranger X, Street of Rage III,Sonic 3d Blast, Dynamite Heady, Alien Soldier, Vectorman 1 i 2, Toy Story, Eternal Champions… usen 7 bits per a la informació de color, amb el que arribaven a mostrar 128 colors simultanis o més (l'habitual en SNES).
Colors simultanis en pantalla: 61 (o més, canviant la paleta durant l'escombratge i/o activant la manera shadow-highlight).
Sprites simultanis en pantalla: 80/64, 20 màxim per scanline.
So
Xip de so principal de 6 canals FM Yamaha YM2612.
Xip de so addicional de 4 canals PSG (Programmable Sound Generator) Texas Instruments SN76489.
Àudio 8 bits (intercanviable amb un canal FM).
Entrada/Sortida
Connector DIN 8 RGB/Àudio Mico/Video (només en Mega Drive I / Genesis I).
Connector Mini-DIN 9 RGB/Stereo/Video (Mega Drive II / Genesis II).
Modulador RF (Mega Drive / Genesis I i II).
Auriculars stereo amb regulador (només Mega Drive I / Genesis I).
AUX (connector DE-9 femella), present en les primeres Mega Drive / Genesis.
2 prens joystick tipus Atari variant Sega Mega Drive (Connector DB-9 mascle).
Slot de cartutxos en la part superior.
Bus d'expansió (només Mega Drive / Genesis I i II), utilitzat per a la connexió de Sega Mega-CD.