マイクロプロセッサーにおいて、命令を実行・処理するための内部的なアーキテクチャー。命令セットアーキテクチャー (ISA) が、プログラマの側から見たプロセッサーの構造を定義しているのに対して、マイクロアーキテクチャーでは、内部的なプロセッサーの構造を定義します。同じ命令セットアーキテクチャーを持つプロセッサーでも、様々なマイクロアーキテクチャーが考えられます。例えば、同じ x86 アーキテクチャーのプロセッサーでも、インテルはもとより、各メーカーからも、マイクロアーキテクチャーの異なる様々な x86 互換プロセッサーが開発され、販売されています。
マイクロアーキテクチャーでは、命令コードを実行するための内部的な構造を定義しています。例えば、命令コードのデコード・実行に際して、マイクロプログラム方式を使うのか (CISC 系のプロセッサーに多い)、ワイヤードロジック方式を使うのか (RISC 系のプロセッサーに多い)、それともいったん RISC 風の単純な命令に分解してから実行するのか、などといったものから、パイプラインの機能と構成、スーパーパイプラインやスーパースカラーアーキテクチャーを使うかどうか、使うならその構造はどうするのか、命令実行ユニットや浮動小数点演算、マルチメディア処理機能の実装やその構成方法、レジスターリネーミングや分岐予測機能とその実現方法、キャッシュの量とその構成、バスインターフェイス、キャッシュインターフェイス、割り込み機能、そして実装に利用されるテクノロジーなどとの兼ね合いによる機能の取捨選択 (トランジスター数やチップ面積、使用するプロセス、消費電力、設計のためのツールや人的・資金的リソースによる制限、他) など、マイクロアーキテクチャーレベルで考慮しなければならない事項は非常に多岐に渡ります。