Với tổng cộng tám bộ xử lý [147] bộ xử lý trung tâm chính của Saturn là hai bộ vi xử lý Hitachi SH-2 có xung nhịp 28,6 MHz và có xung năng 56 MIPS[17][53]. Dùng Motorola 68EC000 chạy 11.3 MHz để điều khiển âm thanh; chip xử lý âm thanh tùy chỉnh với Yamaha FH1[148] DSP tích hợp chạy ở 22.6 MHz [149] có khả năng lên tới 32 kênh âm thanh với cả kênh FM và PCM 16 bit sampling ở tốc độ tối đa 44,1 kHz[150]; và hai bộ xử lý hiển thị video[59], VDP1 (xử lý các họa tiết, kết cấu và đa giác) và VDP2 (xử lý nền)[151]. Ổ đĩa CD-ROM tốc độ gấp đôi được điều khiển bởi bộ xử lý chuyên dụng Hitachi SH-1 nhằm giảm thời gian tải[36]. Bộ điều khiển hệ thống (SCU), điều khiển tất cả các bus và có chức năng như một bộ xử lý đồng bộ của CPU chính SH-2, có DSP tích hợp[17] chạy ở 14.3 MHz[151]. Saturn có một khe cắm thẻ để mở rộng bộ nhớ[152], 16 Mbit bộ nhớ đệm (RAM), 12 Mbit video RAM, 4 Mbit RAM cho các chức năng âm thanh, 4 Mbit CD RAM đệm và 256 Kbit (32 KB) của RAM pin dự phòng.[153] Đầu ra video được cung cấp bởi cáp AV âm thanh nổi[150], hiển thị ở độ phân giải từ 320 × 224 đến 704 × 224 pixel,[154] và có thể hiển thị đồng thời lên đến 16,77 triệu màu[150]. Saturn có kích thước 260 mm × 230 mm × 83 mm (10,2 in × 9,1 in × 3,3 in). Máy bán kèm theo hướng dẫn sử dụng, một tay cầm, cáp AV âm thanh nổi và bộ nguồn 100 V AC, với mức tiêu thụ điện khoảng 15W[150].

Thiết kế của Saturn đem lại những bình luận trái chiều giữa các nhà phát triển và nhà báo. Next Generation trích dẫn vào tháng 12 năm 1995, mô tả Saturn là "cỗ máy mã hóa thực sự" cho "những người mê đắm thật sự vào việc hack phần cứng", với "tính linh hoạt hơn" và "sức mạnh có tính toán hơn PlayStation". Bảng mạch âm thanh được ca ngợi[19]. Ngược lại, Ezra Dreisbach, lập trình viên Lobotomy Software mô tả Saturn chậm hơn đáng kể so với PlayStation,[155] trong khi Eno Kenji của WARP chỉ quan sát thấy sự khác biệt nhỏ.[156] Cụ thể, Dreisbach chỉ trích việc sử dụng tứ giác nguyên thủy hình học cơ bản của Saturn, trái ngược với tam giác của PlayStation và Nintendo 64 đưa ra[157]. Ken Humphries của Time Warner Interactive nhận xét so với PlayStation, Saturn kém hơn trong việc tạo ra các đa giác nhưng tốt hơn ở các sprite.[158] Sự phát triển của bên thứ ba ban đầu bị cản trở do thiếu các thư viện phần mềm và công cụ phát triển hữu ích, đòi hỏi các nhà phát triển phải viết bằng hợp ngữ. Trong quá trình phát triển Saturn, lập trình hợp ngữ có thể giúp tăng tốc độ từ hai đến năm lần so với các ngôn ngữ cấp cao hơn như ngôn ngữ lập trình C.[17]

Saturn có phần cứng ấn tượng về mặt kỹ thuật tại thời điểm phát hành, nhưng sự phức tạp của nó khiến việc khai thác sức mạnh này trở nên khó khăn đối với các nhà phát triển đã quen với lập trình thông thường.[159] Nhược điểm lớn nhất là cả hai CPU đều dùng chung một bus và không thể truy cập bộ nhớ hệ thống cùng một lúc. Tận dụng triệt để 4 KB bộ nhớ đệm trong mỗi CPU là việc rất quan trọng để duy trì hiệu suất. Ví dụ: Virtua Fighter đã sử dụng một CPU cho mỗi nhân vật[17], trong khi Nights sử dụng một CPU cho môi trường 3D và cái còn lại cho các đối tượng 2D[160]. Bộ xử lý hiển thị trực quan 2 (VDP2), có thể tạo và thao tác nền,[161] cũng coi là một trong những tính năng quan trọng nhất của hệ thống.[162][19]

Phần cứng Saturn cực kỳ khó mô phỏng.[163] Sega đã trả lời các khiếu nại về việc khó khăn trong việc lập trình cho Saturn bằng cách viết các thư viện đồ họa mới được tuyên bố là giúp quá trình phát triển dễ dàng hơn[19]. Sega of America cũng đã mua một công ty phát triển có trụ sở tại nước Anh, Cross Products, để sản xuất hệ thống phát triển của Saturn.[34][164] Bất chấp những thách thức này, Giám đốc điều hành Treasure, Maegawa Masato, tuyên bố Nintendo 64 khó phát triển hơn so với Saturn.[165] Jon Burton của Traveller's Tales cảm thấy trong khi PlayStation dễ dàng hơn "để bắt đầu  ... bạn nhanh chóng đạt đến giới hạn [của nó], trong khi phần cứng "phức tạp" của Saturn có khả năng "cải thiện tốc độ và giao diện của trò chơi khi tất cả sử dụng cùng nhau một cách chính xác"[166]. Một chỉ trích lớn là việc Saturn sử dụng các họa tiết 2D để tạo đa giác và mô phỏng không gian 3D. PlayStation sử dụng một thiết kế khác, hoàn toàn sử dụng kết xuất đa giác 3D dựa trên hình tam giác, không có hỗ trợ 2D trực tiếp. Do đó, một số nhà phân tích đã mô tả Saturn là một hệ máy 2D "cơ bản".[7][17][167] Ví dụ, Steven L. Kent tuyên bố: "Mặc dù Nintendo và Sony đã có máy chơi trò chơi điện tử 3D thực sự, nhưng Sega đã có cỗ máy 2D hoạt động tốt với các đối tượng 3D nhưng không tối ưu hóa cho môi trường 3D."[69]

Một số mẫu Saturn sản xuất tại Nhật Bản. Một bản cập nhật với màu xám nhạt (màu trắng là bản chính thức[91]) đã phát hành ở mức ¥ 20.000 để giảm chi phí [168] và tăng sức hấp dẫn với phụ nữ và trẻ nhỏ[91][169]. Hai bản phát hành bởi các bên thứ ba: Hitachi phát hành Hi-Saturn (một bản nhỏ hơn trang bị chức năng điều hướng xe hơi),[170] trong khi JVC phát hành V-Saturn[153]. Tay cầm Saturn có nhiều cách phối màu khác nhau để phù hợp với các kiểu máy khác nhau.[171] Hệ thống cũng hỗ trợ một số phụ kiện. Tay cầm không dây dùng pin AA, sử dụng tín hiệu hồng ngoại để kết nối.[172] Được thiết kế để hoạt động với Nights, Saturn 3D Pad bao gồm cả tay cầm điều khiển và cần analog định hướng.[173] Sega cũng phát hành một số phiên bản arcade stick dưới dạng thiết bị ngoại vi, bao gồm Virtua Stick,[174][175] Virtua Stick Pro,[176] Mission Analog Stick,[177][178] và Twin Stick.[179] Sega cũng tạo ra một thiết bị ngoại vi súng nhẹ, Virtua Gun, cho các trò chơi bắn súng như Virtua Cop và The Guardian,[180] và Arcade Racer, một vô lăng cho các trò chơi đua xe.[181][182] Play Cable cho phép kết nối hai máy chơi Saturn để chơi trò chơi nhiều người trên hai màn hình,[183][184] trong khi đa nhiệm cho phép tối đa sáu người cùng chơi trên một máy.[185][186]Thiết kế Saturn hỗ trợ tối đa 12 người chơi trên một máy, bằng cách sử dụng hai multitap.[187] Khe RAM mở rộng bộ nhớ.[188] Các phụ kiện khác bao gồm bàn phím,[189] chuột,[190][191] ổ đĩa mềm,[192] và thẻ phim.[1][193]

Giống như Genesis, Saturn có dịch vụ chơi trò chơi trên internet. Sega NetLink là một modem 28,8k phù hợp với khe cắm băng cho nhiều người chơi trực tiếp[59]. Ở Nhật Bản, có thêm dịch vụ trả tiền-để-chơi.[194] Nó cũng có thể được sử dụng để duyệt web, gửi email và trò chuyện trực tuyến[195]. Do NetLink phát hành trước bàn phím Saturn, Sega đã sản xuất một loạt đĩa CD chứa hàng trăm địa chỉ trang web để người chơi có thể duyệt bằng phím điều khiển.[196] NetLink hoạt động với with Daytona USA, Duke Nukem 3D, Saturn Bomberman,[197] Sega Rally, và Virtual On: Cyber Troopers.[198] Năm 1995, Sega công bố một biến thể của Saturn có modem NetLink tích hợp[199] với tên mã "Sega Pluto", nhưng không bao giờ phát hành.[200]

Sega đã phát triển một bảng mạch arcade dựa trên phần cứng của Saturn, Sega ST-V (hoặc Titan), dự định như một sự thay thế hợp lý cho bảng mạch arcade Model 2 của Sega và là nơi thử nghiệm cho phần mềm Saturn sắp tới[17]. Titan bị chỉ trích vì hiệu suất tương đối yếu bởi Sega AM2 của Suzuki Yu[17] và bị bộ phận arcade của Sega sản xuất quá nhiều.[119] Vì Sega đã có giấy phép cho tựa Die Hard, các thành viên của Sega AM1 làm việc tại Sega Technical Institute đã phát triển Die Hard Arcade cho Titan để xóa hàng tồn kho dư thừa[119]. Die Hard trở thành trò chơi arcade Sega thành công nhất được sản xuất tại Mỹ vào thời điểm đó[119]. Các trò chơi khác phát hành cho Titan bao gồm Golden Axe: The Duel và Virtua Fighter Kids.[17][77]