CPU暫存器是CPU內部的關鍵組件，主要分為以下幾類：
數據緩衝暫存器。用於暫時存放從記憶體中讀出的一條指令或數據。它們在CPU和記憶體、外部設備之間的信息傳送中起到中轉站的作用，補償CPU和記憶體、外圍設備之間在操作速度上的差異。在單累加器結構的運算器中，數據緩衝暫存器還可以兼作運算元暫存器。
指令暫存器。用於保存當前正在執行的指令。在執行一條指令時，它會先從記憶體中讀取到數據緩衝暫存器中，然後再傳送至指令暫存器。
地址暫存器。用於保存CPU當前所訪問的記憶體單元的地址。地址暫存器的位數必須足夠長，以滿足最大的地址範圍需求。
程式計數器。負責確定下一條指令的地址，使得程式指令能夠連續執行。程式計數器的內容在每執行一條指令後會自動修改，以保持將要執行的下一條指令的地址。
除此之外，還有控制暫存器和程式狀態暫存器等，用於保存各類運算指令或測試指令的結果的各種狀態信息，以及中斷和系統工作狀態等，以便CPU和系統及時了解機器運行狀態和程式運行狀態。
暫存器因為具有極高的讀寫速度，所以在暫存器之間的數據傳送非常快，它們可以暫存指令、數據和地址，從而最佳化CPU的整體性能。