AVR 內核具有豐富的指令集和32 個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元（ALU） 相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結構大大提高了代碼效率，并且具有比普通的復雜指令集微處理器高10 倍的數據吞吐率。

　　ATmega128 具有如下特點：128K 字節的系統內可編程Flash（ 具有在寫的過程中還可以讀的能力，即RWW）、4K 字節的EEPROM、4K 字節的SRAM、53 個通用I/O 口線、32個通用工作寄存器、實時時鐘RTC、4 個靈活的具有比較模式和PWM 功能的定時器/ 計數器（T/C）、兩個USART、面向字節的兩線接口TWI、8 通道10 位ADC（ 具有可選的可編程增益）、具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器、SPI 串行端口、與IEEE 1149.1 規范兼容的JTAG 測試接口（ 此接口同時還可以用于片上調試），以及六種可以通過軟件選擇的省電模式。空閑模式時CPU 停止工作，而SRAM、T/C、SPI 端口以及中斷系統繼續工作；掉電模式時晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復位之外都停止工作，寄存器的內容則一直保持；省電模式時異步定時器繼續運行，以允許用戶維持時間基準，器件的其他部分則處于睡眠狀態； ADC 噪聲抑制模式時CPU 和所有的I/O 模塊停止運行，而異步定時器和ADC 繼續工作，以減少ADC 轉換時的開關噪聲； Standby 模式時振蕩器工作而其他部分睡眠，使得器件只消耗極少的電流，同時具有快速啟動能力；擴展Standby 模式則允許振蕩器和異步定時器繼續工作。

　　器件是以Atmel 的高密度非易失性內存技術生產的。片內 ISP Flash 可以通過SPI 接口、通用編程器，或引導程序多次編程。引導程序可以使用任何接口來下載應用程序到應用Flash存儲器。在更新應用Flash存儲器時引導Flash區的程序繼續運行，實現RWW操作。通過將8 位RISC CPU 與系統內可編程的Flash 集成在一個芯片內， ATmega128 為許多嵌入式控制應用提供了靈活而低成本的方案。

　　ATmega128 AVR有整套的開發工具，包括C編譯器，宏匯編，程序調試器/ 仿真器和評估板。