コンピュータの階層的な記憶システムにおいて、レジスタは最も頂点に位置する超高速かつ極小容量の記憶装置です。レジスタはCPUの回路の内部に直接組み込まれており、CPUの動作クロックと完全に同期してデータを読み書きできるため、主記憶装置（メインメモリ）やキャッシュメモリと比較しても桁違いの速度でアクセスすることが可能です。しかしながら、その容量は非常に小さく、数バイトから数十バイト程度しかデータを保持することができません。

CPUがプログラムを実行する際の一連の流れ（命令サイクル）は、「命令のフェッチ（取り出し）」、「デコード（解読）」、「オペランド（対象データ）の読み込み」、「実行」、そして「結果の書き込み」というステップで構成されますが、これらのすべてのステップにおいて多様な専用レジスタが連携して働いています。