PLC的核心部件包括：
中央處理單元（CPU）：CPU是PLC的核心，負責採集輸入信號、執行用戶程式和刷新系統輸出。小型PLC通常為單CPU系統，而中大型PLC則可能採用雙CPU系統，甚至多達8個CPU。雙CPU系統通常包括一個字處理器和多個位處理器，其中字處理器為主處理器，負責執行編程器接口功能、監視內部定時器、監視掃描時間、處理位元組指令以及對系統匯流排和位處理器進行控制等；位處理器為從處理器，主要負責處理位操作指令和實現PLC程式語言向機器語言的轉換，從而提高PLC的速度，更好地滿足實時控制要求。
存儲器：存儲器在PLC中用於存放系統程式、用戶程式及工作數據。系統程式由PLC製造商編寫，完成系統診斷、命令解釋、功能子程式調用管理、邏輯運算、通信及各種參數設定等功能，提供PLC運行的平台。用戶程式則根據控制對象的需求由用戶編制，通常存於CMOS靜態RAM中，並可能用鋰電池作為後備電源以防止掉電時數據丟失。用戶程式也可以固化在唯讀存儲器EPROM或EEPROM中。
輸入/輸出單元（I/O單元）：I/O單元是PLC與工業生產現場之間的連線部件，負責檢測被控對象的數據並作為PLC控制被控制對象的依據，同時將PLC的處理結果送給被控制對象以實現控制目的。由於外部輸入設備和輸出設備所需的信號電平多樣，而PLC內部CPU處理的信息只能是標準電平，因此I/O接口需要實現信號電平的轉換。I/O接口通常具有光電隔離和濾波功能，以提高PLC的抗干擾能力。