M5 Pro和M5 Max芯片均采用新的18核心CPU内核架构，包括6颗性能极高的核心，这些核心现名为“超级核心”。另外还配备12颗专为高能效、多线程工作负载优化的全新性能核心。18核心CPU共同发力，可将专业工作负载的处理性能提升最高可达30%。

GPU扩展了在M5芯片中首次亮相的新一代架构，搭载最多40个核心。M5 Pro和M5 Max的每个GPU核心均配备神经网络加速器，且具有更高的统一内存带宽，处理AI任务时的峰值图形处理器计算性能相比前代机型提升超过4倍。同时GPU的图形性能也有了大幅提升，对于使用光线追踪的应用，性能较M4 Pro和M4 Max提升最高可达35%，先进视觉效果和3D渲染性能均得到强化。

M5 Pro配备了最多18核心CPU和最高20核心GPU，M5 Max的GPU进一步提升至40核心。M5 Pro支持最高64GB统一内存和307GB/s内存带宽，M5 Max则支持最高128GB统一内存和614GB/s内存带宽。这次苹果采用的融合架构源自于台积电SoIC-MH 2.5D封装，新设计让苹果可以将CPU/NPU与GPU分离，摆脱了过去M系列SoC的扩展限制，未来苹果可以独立地扩展CPU集群或者GPU规模，并提升了良品率。

苹果还为M5 Pro和M5 Max芯片配备了速度更快的16核神经网络引擎，与内存连接的带宽更高，为设备端AI功能加速。最新的媒体处理引擎支持H.264与HEVC硬件加速、AV1解码和ProRes编解码引擎，另外还支持Memory Integrity Enforcement，这是行业首创的内存安全保护功能。此外，集成定制设计的控制器为雷雳5端口提供了支持。