Các tính năng của ESP32 bao gồm:

• Bộ xử lý:
  • CPU: Bộ vi xử lý Xtensa lõi kép (hoặc lõi đơn) 32-bit LX6, hoạt động ở tần số 240 MHz (160 MHz cho ESP32-S0WD và ESP32-U4WDH)[4] và hoạt động ở tối đa 600 MIPS (200 MIPS với ESP32-S0WD/ESP32-U4WDH)[5]
  • Bộ đồng xử lý (co-processor) công suất cực thấp (Ultra low power, viết tắt: ULP)
• Hệ thống xung nhịp:[6] CPU Clock, RTC Clock và Audio PLL Clock
• Bộ nhớ nội:[4]
  • 448 KB bộ nhớ ROM cho việc booting và các tính năng lõi
  • 520 KB bộ nhớ SRAM trên chip cho dữ liệu và tập lệnh
• Kết nối không dây:
  • Wi-Fi: 802.11 b/g/n
  • Bluetooth: v4.2 BR/EDR và BLE (chia sẻ sóng vô tuyến với Wi-Fi)
• 34 GPIO pad vật lý[7] với các ngoại vi:
  • ADC SAR 12 bit, 18 kênh
  • DAC 2 × 8-bit
  • 10 cảm biến cảm ứng (touch sensor) (GPIO cảm ứng điện dung)
  • 3 SPI (SPI, HSPI và VSPI) hoạt động ở cả 2 chế độ master/slave.[8] Module ESP32 hỗ trợ 4 ngoại vi SPI với SPI0 và SPI1 kết nối đến bộ nhớ flash của ESP32 còn SPI2 và SPI3 tương ứng với HSPI và VSPI.[9]
  • 2 I²S
  • 2 I²C, hoạt động được ở cả chế độ master và slave, với chế độ Standard mode (100 Kbit/s) và Fast mode (400 Kbit/s). Hỗ trợ 2 chế độ định địa chỉ là 7-bit và 10-bit.[10] Các GPIO đều có thể được dùng để triển khai I²C.[11]
  • 3 UART (UART0, UART1, UART2) với tốc độ lên đến 5 Mbps[10]
  • SD/SDIO/CE-ATA/MMC/eMMC host controller
  • SDIO/SPI slave controller
  • Ethernet MAC interface cho DMA và IEEE 1588 Precision Time Protocol (tạm dịch: Giao thức thời gian chính xác IEEE 1588)
  • CAN bus 2.0
  • Bộ điều khiển hồng ngoại từ xa (TX/RX, lên đến 8 kênh)
  • PWM cho điều khiển động cơ
  • LED PWM (lên đến 16 kênh)
  • Cảm biến hiệu ứng Hall
  • Bộ tiền khuếch đại analog công suất cực thấp (Ultra low power analog pre-amplifier)
• Bảo mật:
  • Hỗ trợ tất cả các tính năng bảo mật chuẩn IEEE 802.11, bao gồm WFA, WPA/WPA2 và WAPI.
  • Secure boot (tạm dịch: khởi động an toàn)
  • Mã hóa flash
  • 1024-bit OTP, lên đến 768-bit cho khách hàng
  • Tăng tốc mã hóa phần cứng: AES, SHA-2, RSA, elliptic curve cryptography (ECC, tạm dịch: mật mã đường cong ellip), trình tạo số ngẫu nhiên (random number generator, viết tắt: RNG)
• Quản lý năng lượng:
  • Bộ ổn áp nội với điện áp rơi thấp (internal low-dropout regulator)
  • Miền nguồn riêng (individual power domain) cho RTC
  • Dòng 5 μA cho chế độ deep sleep
  • Trở lại hoạt động từ ngắt GPIO, timer, đo ADC, ngắt với cảm ứng điện dung