4.3インチモバイルASV液晶・UMD・メモリースティック PRO Duoインターフェースを採用する[4]。無線LANやUSBポートでの拡張性があり、PS2と較べても遜色のないグラフィック性能を持つ[30]。当時の技術的制約から、全般的にはPS2の性能に及ばないものの、ベジェ/Bスプライン (NURBS) 曲面をサポートする点ではPS2を超える描画機能を備えている[31]。
デザイン
据置機のPSシリーズと異なり、PSP-1000シリーズは小笠原伸一、PSP-3000シリーズは曽我部卓が担当した。
スリープ機能
パワースイッチを短く上に入れることで、ゲームをそのままの状態で一時的に中断することができる。スリープ解除時は1 - 2秒ほどで再開できる。スリープモード中は基本的にほとんどバッテリーを消費しない。無操作状態のまま、一定時間が経過したときに、自動でスリープにすることも可能。また、バッテリー残量が少なくなると自動的にスリープに入りバッテリーを節約するようになっているが、その後完全に電池が切れた場合は電源が切れてしまい、次回起動時に時刻設定を求められ、設定後メニューに戻る。
CPU
発売当初のPSPは可変動作周波数機能により最高でも222 MHzまで動作するよう制限されていたが、ファームウェアバージョン3.50からは333 MHzでの動作が解禁になった（333 MHzで動作させるにはソフトウェアの側でも対応させる必要がある。