Charakterystyka:

• 8-bitowa szyna danych
• 16-bitowa szyna adresowa (przestrzeń adresowa o wielkości 64 KiB = 65536 B)
• Taktowany zegarem o częstotliwości 1 MHz (odmiany A i B – od 2 do 3 MHz)
• Najkrótszy cykl rozkazowy: 2 takty zegara, najdłuższy – 7, przeciętny dostęp do pamięci (odczyt lub zapis): 4 takty (3 w przypadku strony zerowej)
• 56 rozkazów, 13 trybów adresowania

Wewnętrznie mikroprocesor zawiera tylko 3 rejestry 8-bitowe dostępne bezpośrednio dla programisty:

• A – akumulator
• X, Y – indeksowe rejestry adresowe

Nie jest to jednak dużą wadą, ze względu na istnienie specjalnego trybu adresowania pamięci (tzw. adresowanie strony zerowej), w którym początkowe 256 bajty pamięci RAM mogły być wykorzystane prawie jak rejestry wewnętrzne. Reszta pamięci adresowana jest przy użyciu większości z 13 trybów adresowania, zarówno pośrednich (przez adresy na stronie zerowej) jak i absolutnych (w tym indeksowanych).

MOS 6502 w odróżnieniu od swojego konkurenta Z80 nie ma specjalnych rozkazów do obsługi urządzeń wejścia-wyjścia. Obszar stosu zaimplementowano za pomocą 8-bitowego rejestru stosu (SP), odwołującego się wyłącznie do pierwszej strony pamięci (adresy od 0x100 do 0x1ff).

Mikroprocesor MOS 6502 był pierwszym modelem "rodziny". Oprócz niego firma MOS Technology zaprojektowała i wprowadziła na rynek inne modele wstecznie zgodne z pierwszym modelem:

• 6502C „Sally” (nie należy jej mylić z MOS 65C02 a także z również nazwanym 6502C modelem mogącym pracować z częstotliwością 4 MHz) — wersja 6502 różniąca się od oryginału obecnością dodatkowego wyprowadzenia HLT stosowana w 8-bitowych komputerach Atari począwszy od wersji XL (według niektórych źródeł obecna także w ostatnich seriach Atari 400/800). Wyprowadzenie HLT służyło temu, aby układ ANTIC odpowiedzialny za generowanie obrazu mógł wstrzymać pracę procesora w momencie pobierania danych z pamięci obrazu (celem było uniknięcie konfliktów na linii adresowej). Wcześniej za wstrzymywanie pracy procesora odpowiadał zestaw 4 układów scalonych^[6];
• MOS 6510;
• MOS 65C02 – wersja CMOS procesora, w której poprawiono parę błędów i dodano kilka nowych rozkazów i trybów adresowania; cechą charakterystyczną tej konstrukcji w przeciwieństwie do 6502, 6502C i 6510 była eliminacja nieudokumentowanych rozkazów (kody rozkazów procesora, które nie były obecne w oficjalnej liście rozkazów, a które powodowały wykonanie jakiegoś działania przez procesor) — podanie takiego kodu odtąd powodowało, że procesor nie podejmował żadnych działań, a w celu minimalizacji błędów działania programów zachowano długość rozkazu (wraz z operandami) oraz czas jego wykonania (tzn. jeśli dany rozkaz nieudokumentowany po swoim kodzie zawierał operand o długości 1 bajta a wykonanie tego rozkazu trwało 5 cykli zegara, to 65C02 po wczytaniu kodu nic nie robił, ale przechodził do wykonania rozkazu po tym operandzie i czekał 5 cykli).

Mikroprocesor 6502 mógł wykonywać m.in. takie instrukcje jak dodawanie oraz odejmowanie, nie był jednak wyposażony w instrukcje dzielenia i mnożenia.

• MOS 6508
• MOS 6510
• MOS 8502
• WDC 65C02
• WDC 65816/65802 – 16-bitowy następca 6502
• Motorola 6800
• Z80
• lista rozkazów procesora