В качестве главного микропроцессора приставки Genesis используется 16/32-разрядный Motorola 68000. Система команд 68k описывала 32-битную архитектуру с 32-битными регистрами, но АЛУ в процессоре было 16-битным, поэтому операции с 32-битными данными выполнялись (прозрачно для программиста) в несколько 16-битных действий. В то же время операции с 32-битными адресами (например индексация) выполнялись сразу на 32 битах без пенальти от 16-битного АЛУ. Поэтому битность первых процессоров серии m68k иногда описывается как смешанная 16/32. В консоль также встроен дополнительный процессор — 8-битный Zilog Z80, который управляет звуковым оборудованием и обеспечивает обратную совместимость с Master System. Система включает в себя 72 Кб оперативной памяти и 64 Кб видеопамяти; она способна отображать на экране до 64 цветов из палитры 512 оттенков. Игры, запускаемые на приставке, имеют формат картриджа, который вставляется в приставку с верхней стороны[90].

За вывод звука в игровой приставке отвечали два устройства: программируемый генератор звука Texas Instruments SN76489, обеспечивающий совместимость с Master System, и микросхема FM-синтеза Yamaha YM2612. Программируемый генератор звука физически был интегрирован в микросхему видеопроцессора YM7101 VDP. Процессор Z80 использовался в основном для управления обоими звуковыми устройствами, обеспечивая воспроизведение стереофонической музыки и звуковых эффектов. В модернизированных версиях оригинальной приставки функции микросхем YM7101 и YM2612 были реализованы в одной микросхеме FC1001[90].

Задняя сторона первой модели имеет радиочастотное выходное отверстие, предназначенное для подключения антенны и кабелей, и специальный 8-пиновый DIN-порт. Оба разъёма обеспечивает аудио- и видео-выход. Разъём для наушников на передней стороне консоли поддерживает стерео-звук[91]. Во второй модели приставки DIN-порт, радиочастотное отверстие и разъём для наушников были заменены на единое 9-пиновое отверстие, расположенное с задней стороны и предназначенное для воспроизведения композитного видеоряда, цветовой палитры и стерео-звука[92]. На ранних экземплярах первой модели также располагался 9-пиновый разъём, который в дальнейшем был убран. Краевой разъём на нижней правой части консоли служит для подключения периферийных устройств[93].