C8051Fxxx系列单片机是完全集成的混合信号系统级晶片，具有与8051兼容的微控制器核心，与MCS-51指令集完全兼容。除了具有标準8052的数字外设部件之外，片内还集成了数据採集和控制系统中常用的模拟部件和其它数字外设及功能部件。MCU中的外设或功能部件包括模拟多路选择器、可程式增益放大器、ADC、DAC、电压比较器、电压基準、温度感测器、SMBus/I2C、UART、SPI、可程式计数器/定时器阵列（PCA）、定时器、数字I/O 连线埠、电源监视器、看门狗定时器（WDT）和时钟振荡器等。所有器件都有内置的FLASH 程式存储器和256位元组的内部RAM，有些器件内部还有位于外部数据存储器空间的RAM，即XRAM。

C8051Fxxx单片机採用流水线结构，机器周期由标準的12个系统时钟周期降为1个系统时钟周期，处理能力大大提高，峰值性能可达100MIPS。

C8051Fxxx单片机是真正能独立工作的片上系统(SOC)。每个MCU都能有效地管理模拟和数字外设，可以关闭单个或全部外设以节省功耗。FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051固件。应用程式可以使用MOVC和MOVX指令对FLASH进行读或改写，每次读或写一个位元组。这一特性允许将程式存储器用于非易失性数据存储以及在软体控制下更新程式代码。

片内JTAG调试支持功能允许使用安装在最终套用系统上的产品MCU 进行非侵入式（不占用片内资源）、全速、在系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和暂存器，支持断点、单步、运行和停机命令。在使用JTAG调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。每个MCU 都可在工业温度範围（-45℃到+85℃）内用2.7V-3.6V（F018/019 为2.8V-3.6V）的电压工作。连线埠I/O、/RST 和JTAG 引脚都容许5V 的输入信号电压。