I likhet med forgjengeren Motorola 6800, har 6502 en enkel arkitektur. Den har bare seks registre, i motsetning til mange andre CPU-er fra den tiden, f.eks. Intel 8080 og Zilog Z80. Disse registrene er: Akkumulatoren (), to indeks-registre ( og ), program-pekeren (), stack-pekeren (), og prosessorstatus-registeret (). Til sammenligning har dagens x86-prosessorer gjerne opp i mot 30 til 40 registre. er hovedregisteret som brukes i alle matte- og bit-operasjoner. - og -registrene har som hovedmål å fungere som inn i et gitt minneområde. Dette gjør det lett å operere med datastrukturer som tabeller (arrays). peker alltid til instruksjonen som utføres, peker til neste ledige element på stacken, og holder statusinformasjon, bl.a. en rekke statusflagg som blir satt på visse kriterier. Alle registrene er 8 bit store, utenom , da det skal dekke over hele det 16 bit store adresseområdet.