單片機運算時鐘頻率一般只有幾兆至幾十兆Hz，如80C51單片機常用的晶振頻率有6MHz、11.0592MHz和24MHz等；單片機內部程序空間也比較小，一般在幾KB到幾十KB；單片機內存RAM一般為幾百個B到幾KB。雖然單片機的性能無法和PC計算機相比，但是單片機具有高可靠性、體積小、智能性、實時性強等諸多特點，而且價格低廉，使單片機成為工程師們開發嵌入式應用系統和小型智能化產品的首選。
舉個單片機應用的典型例子。如老式洗衣機採用的機械式定時控制器，功能單一，而故障頻繁。要開發家用智能化洗衣機，採用性能強大的通用計算機（PC機）固然能夠輕易實現，但是這樣就大材小用了，而且其成本太高，體積龐大……最佳的解決方案就是採用廉價單片機，採用「單片機＋控制程序＋接口電路＋執行機構」的智能化洗衣機控制方案後，洗衣機就有了智能化的特性，能夠自動進行控制整個洗滌過程，包括注水、加洗衣粉、洗滌、漂洗、脫水、烘乾等一系列工作過程，甚至能夠自動判斷洗衣量及衣服材質而採用最佳的洗滌方式，並且有多種不同的洗滌程序（方式）給你選擇，你只需把衣服放進洗衣機，以後的洗衣過程就在單片機的自動控制下完成了，洗滌完後你拿出來就已經烘乾可以穿了。這就是實實在在的全自動、智能化，極大地降低了我們的勞動強度。
從上面的簡單例子中，我們看到了單片機應用的現實意義。單片機極高的可靠性、微型性和智能性使單片機已成為工業控制領域中普遍採用的智能化控制工具，已經深深地滲入我們的日常生活——小到玩具、家電行業，大到車載、艦船電子系統，遍及計量測試、工業過程控制、機械電子、金融電子、商用電子、辦公自動化、工業機器人、軍事和航空太空等領域都可見到單片機的身影。

智能產品

單片機微處理器與傳統的機械產品相結合，使傳統機械產品結構簡化、控制智能化，構成新一代的機電一體化的產品。例如傳真打字機採用單片機，可以取代近千個機械器件；縫紉機採用單片機控制，可執行多功能自動操作、自動調速、控制縫紉花樣的選擇。

智能儀表

用單片機微處理器改良原有的測量、控制儀表，能使儀表數位化、智能化、多功能化、綜合化。而測量儀器中的誤差修正、線性化等問題也可迎刃而解。

測控系統

用單片機微處理器可以設計各種工業控制系統、環境控制系統、數據控制系統，例如溫室人工氣候控制、水閘自動控制、電鍍生產線自動控制、汽輪機電液調節系統等。

數控型控制機

在目前數字控制系統的簡易控制機中，採用單片機可提高可靠性，增強其功能、降低成本。例如在兩坐標的連續控制系統中，用80C5l單片機微處理器組成的系統代替Z80組合系統，在完成同樣功能的條件下，其程序長度可減少50%，提高了執行速度。數控型控制機採用單片機後可能改變其結構模式，例如使控制機與伺服控制分開，用單片機構成的步進電機控制器可減輕數控型控制機的負擔。

智能接口

微電腦系統，特別是較大型的工業測控系統中，除外圍裝置（印表機、鍵盤、磁碟、CRT）外，還有許多外部通信、採集、多路分配管理、驅動控制等接口。這些外圍裝置與接口如果完全由主機進行管理，勢必造成主機負擔過重，降低執行速度。如果採用單片機進行接口的控制與管理，單片機微處理器與主機可並行工作，大大地提高系統的執行速度。如在大型數據採集系統中，用單片機對模擬/數字轉換接口進行控制不僅可提高採集速度，還可對數據進行預先處理，如數字濾波、線性化處理、誤差修正等。在通信接口中採用單片機可對數據進行編碼解碼、分配管理、接收/發送控制等。