Płyta Arduino składa się z 8-bitowego mikrokontrolera Atmel AVR z uzupełniającymi elementami w celu ułatwienia programowania oraz włączenia innych układów. Ważnym aspektem jest standardowy sposób, w jaki wyprowadzone są złącza, pozwalające na podłączenie płyty z mikrokontrolerem do różnych wymiennych modułów dodatkowych (nazywanych shieldami). Oficjalne płyty Arduino wykorzystują układy z serii megaAVR, a konkretnie ATmega8, ATmega168, ATmega328, oraz ATmega1280 i ATmega 2560.[potrzebny przypis] Kilka innych układów jest wykorzystywanych w klonach Arduino. Większość płyt zawiera 5V regulator napięcia, 16 MHz rezonator kwarcowy (w niektórych odmianach rezonator ceramiczny), chociaż niektóre projekty, takie jak LilyPad działają na częstotliwości 8 MHz i rezygnują z regulatora napięcia na płycie ze względu na szczególne ograniczenia wielkości układu. Mikrokontroler Arduino jest wstępnie zaprogramowany z wykorzystaniem programu rozruchowego, co upraszcza przesyłanie programu do pamięci flash układu – w porównaniu do innych urządzeń, gdzie najczęściej potrzebny jest zewnętrzny programator mikrokontrolera.

Na poziomie konceptualnym wszystkie płyty Arduino są programowane za pośrednictwem interfejsu szeregowego RS-232, jednak sprzętowa implementacja jest zależna od konkretnej wersji. Serial Arduino zawierają prosty obwód inwertera do konwersji sygnału pomiędzy RS-232 i TTL. Obecne płyty Arduino są programowane przez USB realizowane przez adapter USB-to-Serial, taki jak układ FTDI FT232. Niektóre warianty Arduino, takie jak Arduino Mini i nieoficjalny Boarduino, używają odłączanego adaptera USB-to-Serial w formie płyty lub kabla, Bluetooth lub innych metod.

Na płycie Arduino większość pinów wejścia/wyjścia mikrokontrolera jest wyprowadzona do wykorzystania przez inne układy. Dla przykładu, Diecimila, obecnie zastąpiona przez Duemilanove, udostępnia 14 cyfrowych pinów wejścia/wyjścia – 6 które mogą wytwarzać sygnały PWM i 6 wejść analogowych. Wszystkie piny są wyprowadzone na wierzchu płyty za pośrednictwem 0,1-calowych żeńskich styków. Na rynku dostępne są płyty nazywane potocznie shieldami, które po podłączeniu za pośrednictwem wyprowadzonych pinów do płyty Arduino rozszerzają możliwości macierzystego układu o jedną lub kilka funkcjonalności, np. obsługa bezprzewodowej transmisji Bluetooth lub IrDA.

Arduino Nano oraz kompatybilne z Arduino – Barebones i Boarduino, mają dodatkowo na spodniej stronie płyty wyprowadzone męskie styki, co pozwala na podłączenie układu do płytki prototypowej.