AT32UC3L是完整的片上系统微控制器，它基于AVR32 UC RISC处理器，最大运行频率为50MHz。AVR32 UC是高性能32位RISC微处理器核，专为对成本敏感的嵌入式应用而设计，尤其具备低功耗、高代码密度、以及高性能等特点。

该处理器包括存储保护单元（MPU）以及一个快速且灵活的中断控制器，用于支持现代操作系统和实时操作系统。

通过丰富的DSP指令实现较高级计算能力。

AT32UC3L嵌入了当下最先进的用于超低功耗的picoPower技术。它还应用功率控制技术，将活跃功率降至0.5mW/MHz，在保留大量备份寄存器的情况下，将泄漏电流降至100nA。该设备在功能和功耗二者之间取得了很好的平衡，因此用户可在最低功耗的前提下，仍然能享受应用所需的特性集。

采用DMA控制器，无需处理器的参与，即可实现外部设备和存储器之间的数据传输。外部DMA控制器在传输连续的大型数据流时，可极大地降低相关费用。AT32UC3L引入了片上闪存和SRAM存储器，以实现安全快速的存取。借助FlashVault技术，可将安全库编写到设备中。当CPU处于安全状态时，可以运行安全库，但它不能被设备中的非安全软件读取。最终用户可使用该设备，并将自己的代码编写入设备中，同时也能访问安全库，而无需冒损害专用安全代码的危险。

外部事件系统（Peripheral Event System）允许外部设备接收、做出反应、并发送外部事件，而无需CPU的干预。异步中断允许高级外设在低功率睡眠模式下运行。

电源管理员程序（Power Manager）提高了设计的灵活性和安全性。它支持SleepWalking功能，借助此功能，可基于外部事件有选择地激活模块，即使在睡眠模式下，即模块时钟处于停止状态时，仍可实现此功能。功率监测由片上上电复位系统、停电检测器(BOD)、以及电源监控器支持。该设备有几个振荡器，如数字频率索相环（DFLL）、振荡器0（OSC0）、以及系统实时时钟振荡器（RCSYS）。上述所有振荡器都不能用作系统时钟源。数字频率索相环是个可编程内部振荡器，频率为20 到 150MHz。如果设备中还有一个精准振荡器，如32KHz晶体振荡器，这个DFLL可被调到高精确度。

看门狗定时器(WDT)会对设备进行重置，除非预定由软件负责这个操作。凭借此操作，设备可由引致系统不稳定的状态下复原。

集成了32KHz晶体振荡器的异步定时器（AST）支持强大的实时时钟功能，最大延时可长达136年。AST可在计数器模式或日历模式下运行。

用频率表（FREQM）可将时钟频率与已知参考时钟比较，而准确地测量时钟频率。

该设备包括6个相同的16位定时器/计数器（TC）通道。可对每个通道独立地进行编程，以实现频率测量、事件计数、时间间隔测量、脉冲生成、延时测定、以及宽度调整等操作。

脉冲宽度调整控制器（PWMA）提供8位PWM通道，可通过一个通用定时器对这些通道进行同步和控制。设备的每个I/0引脚都可使用一个PWM通道，以能运行那些需要诸如LCD备光控制等多PWM输出的应用。这些PWM通道可独立运行，彼此采用独立的工作负载循环；或者采用互连模式，在这种模式下，多个通道可同时发生改变。
AT32UC3L还具备许多USART、SPI、或TWI等通信密集型应用需要的通信接口。

它提供一个通用9通道模数转换器（ADC），以及8个模拟比较器（AC）。ADC可以在10位模式下全速运行，或者在改进模式下以较低速度运行，提供的最大分辨率为12位。ADC还提供一个内部温度传感器输入通道。模拟比较器可配对使用，用于检测何时传感电压处于预定参考范围之内，何时超出此界限。

电容式触摸（CAT）模块借助Qtouch技术，可感知外部电容触摸传感器上的触摸。与普通按键不同，电容式触摸传感器并不采用外部机械组件，因此用户应用中需要的维护也要少些。CAT模块最多允许采用17个触摸传感器，如果连到8个传感器阵列的话，最大则可用18个。触摸传感器可配置为自动操作，而无需软件交互，并且当被激活时可从睡眠模式下被唤醒。

除了基本的运行时间控制之外，AT32UC3L还集成了2类+ Nexus 2.0片上调试（OCD）系统、带非入侵式实时追踪功能，可全速读/写内存存取。aWire- 或者基于JTAG的调试程序通过NanoTrace接口实现其追踪特性。得通过复位引脚访问的JTAG接口的全部特性通过单引脚aWire接口得以实现，同时JTAG引脚也可为通用IO或外设所用。