Центральный процессор

8-битный Zilog Z80A:

* Тактовая частота: 3,54 МГц в PAL/SECAM приставках, 3,57 МГц в NTSC-приставках.

Графика

VDP (Video Display Processor), похожий на Texas Instruments TMS9918:

* Одновременно 16 цветов для спрайтов и 16 для фона из палитры в 64 цвета.
* Разрешения 256×192 и 256×224. PAL/SECAM также поддерживает 256×240.
* тайлы фона размером 8×8 пикселей, не более 488 разных тайлов (ограничение по размеру видеопамяти).
* спрайты размером 8×8 или 8×16 пикселей, не более 64 спрайтов.
* аппаратный скроллинг (прокрутка) экрана во всех направлениях. Возможен частичный скроллинг.

Существует возможность подключения стереоочков (поддерживается в нескольких играх).

Звук

Texas Instruments SN76489:

* Четырёхканальный PSG (Programmable Sound Generator, Программируемый Звуковой Генератор).
* Три канала с квадратной формой сигнала, один шумовой канал.
* Программируемые тон/шум и затухание.

В версию Sega Mark IV (выпущенную в Японии) встроен дополнительный звуковой чип Yamaha YM2413, воспроизводящий 9-канальную FM-музыку (поддерживается только в некоторых играх).

Память

* ПЗУ BIOS: от 64 кбит (8 КБ) до 2048 кбит (256 КБ), в зависимости от встроенной игры.
* Основное ОЗУ: 64 кбит (8 КБ), может расширяться.
* Видеопамять: 128 кбит (16 КБ).
* Game Card slot (отсутствует в Master System II).
* Game Cartridge slot:
o Японские и южнокорейские варианты используют 44-контактные картриджи, аналогичные SG-1000 и Mark II.
o Версии для остальных регионов используют 50-контактные картриджи [3].
* Слот расширения.

Известные клоны приставки

* The Grandstand Programmable Computer (Европа и Австралия, 1986)
* The Mark III Game System (Новая Зеландия, 1986)
* The Mark Video Game System (Финляндия, 1986)
* The Samsung Gam*Boy (Южная Корея, ок. 1987)

Игры

Под Sega Master System выпущено 219 игр. Среди них Sonic the Hedgehog (с продолжениями).

В некоторые версии приставки встроена скрытая игра. Если включить такую приставку без картриджа, показывается сообщение о том, что картридж отсутствует. Если при этом нажать одновременно кнопки «вверх», 1 и 2, то появляется игра Snail Maze, содержащая 12 уровней.

В Master System II и некоторые другие версии приставки встроена игра Alex Kidd in Miracle World.

Sega Mega Drive может запускать игры для Master System при помощи устройства Power Base Converter (PBC).