PS3의 두뇌라고 할 수 있는 'Cell(셀)'프로세서는 소니와 IBM, 도시바가 공동 개발한 일종의 비대칭 멀티코어프로세서로서, 정식명칭은 'Cell Broadband Engine'이다.

Cell이라는 이름은 'PowerPC Processor Element(PPE)'라고 불리우는 64bit PowerPC 프로세서 1개와 'Synergistic Processing Element(SPE)'라고 불리우는 별도의 계산 처리가 가능한 8개의 보조 프로세서가 하나의 칩으로서 구성되어 있기 때문에 붙여진 것이다. Cell의 PPE와 SPE는 모두 3.2GHz로 동작하며 총 218GFLOPS의 부동소수점 연산 성능을 가지고 있다.

Cell의 각 코어는 가상화기술을 통해 복수의 OS와 프로그래밍 모델을 지원하며, 한 번에 10개의 명령쓰레드를 처리할 수 있다. 또한, PS3는 8개의 SPE 중 7개만을 사용하는데, 남은 1개는 리던던시를 위해 사용하지 않는다. 이는 8개의 SPE 중 1개가 불량이라도 제품으로 사용할 수 있게 하여 프로세서의 생산 수율을 높이기 위한 것이다.

1개의 PPE는 Cell 프로세서 내부에서도 메인 프로세서라고 할 수 있는 존재로서, 인텔의 MMX, SSE와 유사한 원리의 128bit SIMD유닛인 VMX(Vector Multimedia Extension) 벡터 유닛을 1개 내장하고 있다. 이 외에도 명령 / 데이터용 L1 캐시가 각각 32KB씩 탑재되어 있으며, 명령 / 데이터의 구별이 없는 통합형의 L2 캐시를 512KB 갖추고 있다.

7개의 SPE는 각각 128bit SIMD 기반의 RISC 프로세서로서의 기능을 수행하며, PS3의 메인 메모리에 직접 접근할 수는 있지만, 단독으로 메인 메모리의 프로그램을 직접 실행할 수는 없다. 대신, 각자 256KB의 로컬 메모리를 가지고 있어, 3D그래픽의 지오메트리 연산이나 영상, 음성의 인코딩 / 디코딩 처리를 주로 수행한다.     

또한, PS3는 게임을 하는 도중에도 백그라운드에서 1개의 SPE가 OS를 동작시키고 있기 때문에 하나의 어플리케이션에서 이용할 수 있는 SPE의 수는 총 6개이다.

Cell은 단독으로도 높은 성능을 발휘하지만 최대의 특징은 'Cell Computing'이라고 불리는 네트워크에 의한 분산처리 기능이다. 이는 여러 대의 시스템을 연결해 자원을 공유하는 그리드컴퓨팅과 유사한 것이지만, Cell은 이를 실시간으로 처리한다는 것이 다르다. 소니는 본래, 이러한 Cell의 특성을 이용, PS3 외에도 자사의 홈 서버나 TV등에도 Cell을 탑재하여 이들을 고속 네트워크로 연결하려는 계획을 가지고 있었으나 현재로서는 구체적인 실천 방안이 나와있지 않은 상태다.  

RSX(Reality Synthesizer)라고 불리는 PS3의 GPU는 엔비디아의 지포스 7800GTX(G70)칩셋에 기반하여 만들어진 것으로서, AGP나 PCI-익스프레스가 아닌 램버스에서 개발한 'Flex IO'인터페이스를 사용한다.

8개의 버텍스 쉐이더와 24개의 픽셀 쉐이더를 사용하는 등, 제원상으로는 지포스 7800GTX와 거의 같지만, 비디오 램의 인터페이스가 256bit에서 128bit로 감소한 것이 가장 큰 차이점이다.

700MHz의 256MB GDDR3 메모리를 사용하고 있으며, 비디오 메모리 대역폭은 22.4GB/s, CPU인 Cell과는 Flex IO 인터페이스에 의해 총 35GB/s의 대역폭을 가지고 있다.

소니의 발표에 의하면, 기존 G70의 313GFLOPS의 약 6배인 1.8TFLOPS의 부동소수점 연산능력을 가지고 있다고 하며, 코어 클럭은 당초 550MHz로 알려졌지만, 소니에서 정확한 제원을 발표하지 않아, 현재로서는 추정치일 뿐이다.  

HDMI 출력에 대응하여, 1080p(1920 X 1080) 풀HD 해상도의 영상을 아날로그를 거치지 않은 완전한 디지털 신호로 표시할 수 있다.

PS3는 메인 메모리로서 램버스에서 개발한 총 256MB의 XDR DRAM을 사용한다. 32bit 버스 하에서 3.2GHz로 작동하며, 총 시스템 대역폭은 25.6GB/s이다.

XDR 메인 메모리는 CPU와 직접 연결되어 있고, GDDR3 비디오 메모리는 GPU와 직접 연결되어 있으나, NUMA(Non-Uniform Memory Access) 아키텍쳐를 사용, CPU와 GPU 상호간에 상대방의 전용 메모리에 접근하는 것도 가능하다.

PS3의 사운드 처리는 Cell의 SPU에서 담당한다. PS3의 게임에서 최대 7.1ch의 무압축 PCM 출력과 돌비 디지털 5.1ch 출력을 실시간으로 인코딩 할 수 있다.

블루레이 영화에서는 이 외에도 '돌비 트루HD'의 출력이 가능하다. '돌비 디지털 플러스'와 'DTS-HD'의 디코딩에는 대응하지 않지만, HDMI 1.3a 단자를 통한 직접 출력은 가능하다.

PS3는 차세대 광 미디어인 Blu-ray(블루레이) 디스크를 읽을 수 있다. 블루레이 디스크는 한 층당 27.5GB 정도의 용량을 담을 수 있으며, 2층으로 디스크를 제작할 경우 최대 50GB 이상의 대용량을 담는 것도 가능하다.

물론 DVD와 CD도 동작 가능하며, 영화 재생 시, 블루레이의 경우 코드A, DVD는 코드3으로 지역코드가 설정되어있다. 이 외에도 음악CD와 고음질 음악을 들을 수 있는 SACD(Super Audio CD)도 재생이 가능하다.

PS3의 전용 컨트롤러인 'SISAXIS(식스액시스)'는 PS2의 컨트롤러인 'DUALSHOCK2(듀얼쇼크2)'와 거의 같은 모양을 하고 있지만 진동기능은 가지고 있지 않고, 블루투스에 의한 무선 컨트롤 기능과, 3축의 가속도와 3축 회전(전후좌우 기울기, 좌우 흔들림)을 감지하는 센서가 내장되어있는 것이 가장 큰 특징이다.

그 외에 듀얼쇼크2와 달라진 점이라면, 아날로그 스틱의 정밀도가 8bit에서 10bit로 높아졌고, 컨트롤러 상단의 L2와 R2버튼이 누르는 깊이에 따라 감도를 조절 가능한 트리거 방식으로 바뀐 점이다.

1개의 디지털 방향키와 2개의 아날로그 스틱, 그리고 총 13개의 버튼을 가지고 있으며, 12개 중 Start, Select, L3, R3, PS 버튼을 제외한 8개의 버튼은 누르는 힘에 따라 입력의 강도가 달라지는 아날로그 버튼이다.

무선 접속으로 총 7개의 컨트롤러를 동시에 사용할 수 있으며, 충전은 USB 케이블로 이루어진다. 단, 충전을 하기 위해서는 PS3의 본체에 전원이 들어와 있어야 하며, PS3외에 PC의 USB 포트에 꼽아서 충전하는 것도 가능하다.(PC에 접속하면 충전은 되지만 PC 게임을 조작할 수는 없다)

이더넷 단자는 100BASE-TX외에 1000BASE-T(기가비트 랜)를 지원하며, 무선랜은 IEEE802. b/g(최대 54Mbps)규격이다. 또한, 블루투스에 대응하는 각종 컨트롤러, 헤드셋, 키보드 / 마우스 등을 무선 연결할 수 있는 블루투스 기능도 내장하고 있다.

PS3는 압축되지 않은 순수한 디지털 영상, 음성 출력이 가능한 HDMI 출력 단자를 갖추고 있으며 PS3의 HDMI는 HDMI 중 에서도 최신 버전인 1.3 규격이다. HDMI 1.3은 1080p (1980 X 1080) 보다 한 단계 높은 1440p (2560 X 1440) 해상도 출력에 대응하며, 24bit 풀 컬러를 뛰어넘은 30 / 36 / 48bit의 이른바 'Deep Color'표현이 가능하다. 하지만 모든 PS3 게임들이 1080p를 지원하는 것은 아니며, 상당수의 게임들은 720p로 구동된다.

음성 출력 면에서도 종전의 HDMI 1.2 까지는 불가능했던 돌비 트루HD, DTS-HD 등의 차세대 음성 포맷과 궁극의 음원이라고 불리우는 무압축 PCM 7.1ch 음원의 출력이 가능하다.

다만, PS3의 CPU, GPU의 성능 한계상 1440p 출력은 현재로서는 실현되고 있지 않으며, DTS-HD의 출력도 대응하고 있지 않다.   

PS3는 HDMI 외에도 기존의 PS1, PS2에서 사용하던 아날로그 영상 / 음성 출력 단자인 AV멀티 포트도 가지고 있으며, 이를 통해서 컴포지트, S영상, 컴포넌트 출력이 가능하다.

그리고, 기존 AV앰프에서 주로 사용하는 디지털 음성 출력 단자인 광(옵티컬) 출력 단자도 갖추고 있다. 광 출력 단자에서도 돌비 디지털, DTS 등의 5.1ch 음성 출력이 가능하지만, 전송량의 한계가 있어 돌비 트루HD나 무압축 PCM 5.1ch 출력등은 불가능하다.  

메모리스틱(PRO대응), SD카드(SDHC 대응), 컴팩트플래시(Type I, II)등의 각종 메모리 카드를 사용할 수 있는 멀티 카드리더를 갖추고 있으며, 4개의 USB 2.0 포트도 가지고 있어 USB메모리나 외장 하드, PC용 키보드 / 마우스, 그리고 USB 헤드셋 등의 사용이 가능하다.

단, 메모리 카드나 외장하드는 FAT16이나 FAT32로 포맷한 제품만을 인식하며 NTFS에는 대응하지 않는다. 

한국판 PS3에는 시게이트의 2.5인치 80GB 하드디스크인 'ST980811AS(버퍼 8MB, 5400RPM, S-ATA 150)'가 내장되어있으며(해외판은 60GB, 20GB), S-ATA 인터페이스를 사용하는 2.5인치 하드라면 어느 것이나 자유롭게 교체, 확장이 가능하다.

기존의 시게이트 80GB 하드를 빼고 후지츠의 120GB S-ATA 2.5인치 하드인 'MHV2120BH'를 넣자 정상적으로 인식, 사용할 수 있었다.

최대 소비전력은 380W로서, 일반적인 가전기기들에 비해 매우 높은 편이다. 아이들링시의 평균 소비 전력은 160 ~ 170W 이며 블루레이 영화 구동 시에는 180W, 게임 플레이 시에는 200W 정도의 전력을 소비한다.