La PS Vita utilise une architecture très peu courante. La puce principale est de type SiP (System in Package) en plus de la partie SoC (System on Chip) qui regroupe le CPU et GPU. Le package de la puce principale regroupe donc la mémoire vidéo (la mémoire centrale étant dans une puce à part sur la carte mère), le CPU et le GPU. La puce principale est composée de cinq dies. Trois composant la puce, et deux servant d'entretoise. La conception de cette puce utilise la technologie Through-silicon via en servant à interconnecter les dies via une connexion électrique verticale. Le TSV  est utilisé pour créer des puces dites « 3D », cependant, la puce de la PS Vita utilise un dérivé de cette technologie (les connexions ne sont pas verticales mais en périphérie des dies) et donc, ne peut être considérée comme une puce 3D

Le processeur central de la PS Vita est un processeur de type ARM Cortex-A9 MPCore. Il a été conçu en commun avec Sony, Toshiba et IBM, mais il est fabriqué par Toshiba. Ce CPU porte le nom de « Sony CXD5315GG ». Il est gravé en 40 nm et possède quatre cœurs. Le processeur est cadencé à 2.0 GHz.

Ce processeur a été pensé pour avoir le meilleur rendement possible compte tenu des différentes contraintes qu'impose une console portable (enveloppe thermique, consommation…).

Le processeur Graphique, un PowerVR SGX543MP4+, a été conçu par Imagination Technologies. Il embarque 4 cœurs cadencés à 400 MHz (spécification fournie par Imagination Technologies). Ce SGX543MP4+ est d'une grande flexibilité, il embarque bon nombre d'APIs standard comme :

OpenGL ES 2.0

OpenGL 2.0 et 3.0 (version Desktop)

DirectX 9.0 et 10.1

OpenCL

OpenVG

OpenWF

Ce processeur graphique possède une architecture de type Superscalaire permettant de calculer plusieurs instructions en même temps. Pour cela, il dispose de 4 cœurs, eux-mêmes disposant de plusieurs unités de calcul.

La PS Vita possède 512 Mio de mémoire vive principale et 128 Mio de mémoire assignée au SGX543MP4+. La mémoire principale est fournie par Samsung. La spécificité de cette mémoire est d'être répartie de manière non conventionnelle. Il s'agit de trois modules mémoire. L'un est un module de 256 Mio de type DDR2-S4 SDRAM, quant aux deux autres, ce sont des modules de 128 Mio de type DDR2 SDRAM.

La carte PlayStation Vita (anciennement Next Video Gaming Card pour carte vidéo-ludique nouvelle génération) est un support de stockage mis au point par la firme d’électronique Sony destiné à sa console de jeu portable PlayStation Vita. Elle a pour fonction le support physique des jeux commercialisés, succédant à l’Universal Media Disc utilisé pour les consoles PlayStation Portable du même fabricant. C’est également sur cette carte que sont stockées les sauvegardes du jeu ainsi que divers ajouts comme les mises à jour ou des contenus supplémentaires téléchargeables. Elle n’est toutefois pas prévue au stockage de médias ou de jeux téléchargés, fonction assurée par une carte mémoire propriétaire. D’une taille et d’une forme comparable aux cartes SD, la carte PS Vita, fondée sur la technologie flash, est déclinée en format de 2 ou 4 Go selon les besoins du jeu, 5 à 10 % de l’espace inscriptible étant réservé pour les sauvegardes et ajouts divers.

La console est incompatible avec les cartes mémoire standards, telles que les cartes SD. Seules le sont les cartes mémoire au format propriétaire de Sony, disponibles aux formats 4, 8, 16, 32 et 64 gigaoctets