Như nhiều vi mạch khác, cần thêm các khối khác để vi mạch ESP8266EX có thể hoạt động được. Một thiết kế tối thiểu cho ESP8266EX cần thêm các khối (tham khảo hình: Thiết kế tham khảo cho các module sử dụng chip ESP8266EX):[7]

• Power supply (tạm dịch: khối nguồn)

• Power-on sequence and reset

• Flash

• Crystal oscillator

• RF

• External resistor (tạm dịch: điện trở ngoại)

• UART

Các module ESP8266 như ESP-01, ESP-12,... đều được thiết kế từ chip ESP8266EX với các khối như trên.

Tính năng

Các tính năng của chip ESP8266EX bao gồm:

• Bộ xử lý: Lõi vi xử lý L106 32-bit RISC dựa trên Tiêu chuẩn Tensilica Xtensa Diamond,[1] hoạt động ở tần số 80 MHz[8][9] và SRAM trên chip.[10]
• Bộ nhớ nội: Bộ nhớ nội của ESP8266EX bao gồm SRAM và ROM. ESP8266EX có thể truy xuất các bộ nhớ này thông qua các interface iBus, dBus, và AHB. Kích thước SRAM nhỏ hơn 36kB khi ESP8266EX hoạt động ở chế độ station. ROM của ESP8266EX không lập trình được nên chương trình được lưu trong Flash ngoại.[8][9]
• Flash ngoại: ESP8266EX sử dụng flash ngoại để lưu trữ chương trình và boot trực tiếp chương trình từ bus SPI.[11][12] Kích thước flash ngoại mặc định sẽ khác nhau với từng loại module ESP8266, như ESP-01 có kích thước flash ngoại là 1MB,[8] ESP-12E có kích thước flash ngoại là 16MB.[9] Nếu chương trình sử dụng kích thước lớn hơn kích thước mặc định thì bộ flash ngoại với kích thước lớn hơn phải được sử dụng tuy nhiên kích thước flash ngoại tối đa về mặt lý thuyết cho phép là 16 MB.[8][9] Kích thước bộ nhớ flash nhỏ nhất có thể là 512 kB (tắt chế độ OTA) hoặc 1 MB (bật chế độ OTA).[8][9]
• IEEE 802.11 b/g/n Wi-Fi:
  • Tích hợp TR switch, balun, LNA, bộ khuếch đại công suất và mạng kết hợp
  • Xác thực WEP hoặc WPA/WPA2 hoặc mạng mở không có password.
• 17 chân GPIO: Các chân có thể được dồn kênh cho các chức năng I²C, I2S, UART, PWM, IR - điều khiển từ xa,...[2]
• 2 hardware timer 23 bit: FRC1 và FRC2.[13]
• 3 SPI: general Slave/Master SPI, Slave SDIO/SPI và general Slave/Master HSPI.[2]
• I²C: Hỗ trợ 1 I²C hoạt động được ở cả chế độ master và slave. Vì các GPIO đều có thể được cấu hình ở chế độ cực máng hở nên các GPIO đều có thể được cấu hình cho các chân SDA hay SCL của I²C bằng phần mềm.[14][15]
• Giao diện I²S với DMA (sử dụng chung chân với GPIO)
• UART: Hỗ trợ 2 UART là UART0 và UART1. UART0 sử dụng GPIO3 (RX) và GPIO1 (TX). UART1 sử dụng GPIO2 (TX) và GPIO8 (TX). Tuy nhiên GPIO8 được dùng để kết nối bộ nhớ flash của chip nên UART1 chỉ sử dụng được GPIO2 để truyền dữ liệu.[16]
• ADC 10 bit[17][18]

Sơ đồ chân của ESP-01

Sơ đồ chân của module ESP-01:

1. GND, chân đất (0 V)
2. GPIO 2 (General-purpose input/output No. 2)
3. GPIO 0 (General-purpose input/output No. 0)
4. RX, nhận bit dữ liệu X, cũng là GPIO3
5. VCC, chân điện áp (+3.3 V; có thể chịu được điện áp đến 3.6 V)
6. RST, Reset
7. CH_PD, Chip tắt nguồn (Chip power-down)
8. TX, truyền bit dữ liệu X, cũng là GPIO1