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PLC的存储器由系统存储器和用户存储器两部分组成。系统存储器用来存放不可改变和访问的系统程序，用户存储器用来存放用户程序及所需要的数据。它包括程序存储器和数据存储器。数字输入/输出量在数据存储器中建立的文件分别称为输入/输出映像文件，也叫输入/输出映像表。模拟输入/输出量通常在数据存储器中建立块传送文件。生产厂家在生产PLC时，已经按照机器型号的不同，设置了不同容量的存储器，小至1KB到几KB，大至1～2MB。用户可根据控制对象的复杂程度不同，预估所需容量，进而选择机型。在16位PLC中，存储器容量通常以字（不是字节）为基本单位，而在32位PLC处理器中，存储容量常以字节计。上。尽管二者结构不一样，但各请求，转入中断服务程序的首地址，进行中断处理；中断处理完毕后，返回原地址，继续顺序执行。
在系统程序支持下，CPU的主要任务如下。PROG方式，接受编程器传送的用户程序和数据，并存入用户存储器和数据存储器。用扫描方式接受输入端子的状态和数据，并存放到输入寄存器或数据寄存器中。诊断电源及PLC内部电路工作状态和编程中的语法错误。RUN方式下，从存储器逐条读取用户程序，执行指令动作，得出相应的控制信号驱动相关电路。2）存储器 存储器是具有记忆功能的半导体器件，用于存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其他信息。存储器一般由存储体、地址译码电路、读/写控制电路和数据寄存器组成。
根据存放信息的性质不同，在PLC中常使部分的功能是相同的。下面详细描述硬件系统各部分功能。1）微处理器（CPU） CPU是PLC的核心，相当于神经中枢的作用，指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由振荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，I/O数量及软件容量等，因此限制着控制规模。
与一般微型计算机一样，CPU的主要功能如下所述。从存储器中读取指令：CPU根据地址总线上给出的存储器地址和控制总线上给出的读/写命令，从数据总线上得到读出的数据和指令，并放到CPU内的指令寄存器中。执行指令：对存放在指令寄存器中的指令操作码进行译码、操作。顺序读取指令。处理中断：CPU在顺序执行程序时，还能接收I/O接口发来的中断用的存储器的类型如下所述。
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（1）只读存储器ROM。只读存储器的内容由PLC制造厂家写入，并固化，PLC掉电后，ROM中内容不会丢失。用户只能读取，不能改写。因此，ROM常用于存放系统程序。除了ROM，还有可擦写、可编程的只读存储器EPROM、E2PROM。
（2）随机存储器RAM。又称可读/写存储器。信息读出时，RAM中的内容保持不变；写入时，新写入的信息覆盖原来的内容。它用来存放既要读出，又可以写入的内容。因此，RAM常用于存储用户程序、逻辑变量和其他一些信息。掉电后，RAM中的内容不再保留，为了防止掉电后，RAM中的内容丢失，PLC使用锂电池作为RAM的备用电源，在PLC掉电后，RAM由电池供电，保持RAM中的信息不消失。3）输入/输出接口（I/O模块） 输入/输出接口通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接通道。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O模块按照信号的形式分为开关量输入（DI）、开关量输出（DO）、模拟量输入（AI）、模拟量输出（AO），按照供电形式可分为直流型和交流型、电压型和电流型，按功能可分为基本I/O模块和特殊I/O模块。下面介绍基本I/O模块
（2）控制容量
PLC的控制容量就是在I/O扫描期间，处理器将完成内务处理和离散数据传送两项工作。内务处理时间（一般不大于4.5ms）包括处理器的内部检查：用输出映像表数据刷新处理器基本框架上驻留本地I/O输出模块；用输出映像表的数据刷新远程I/O缓冲区；用处理器基本框架内的I/O输入状态刷新输入映像表；用存放在远程I/O缓冲区的远程I/O输入状态刷新输入映像表。在完成内务处理之后，处理器将进行扩展本地I/O框架（如果存在）的初的PLC只是一些简单的开关量逻辑控制器件，而且其控制数目有限，因此只有基本的输入/输出及程序控制指令，编程设备也很简陋。但可编程序控制器发展到现在，不仅其I/O能力大大增强，且实现了对模拟量的各种控制，其指令系统也得到了充分的发展，变得相当完善。如S7-300系列可编程序控制器的指令系统包括继电器指令、定时器和计数器、计算指令（包括三角函数、指数、幂运算等）、数据转换、诊断、移位寄存器、比较、数据传送、顺序器、立即I/O、程序控制和PID控制，以及顺序功能流程图指令等，是指令功能强的可编程序控制器之一。