Indlejrede mikrocontrollere, der er applikationsspecifikke, er specialiserede elektroniske chips designet til at udføre dedikerede funktioner i større systemer. Disse mikrocontrollere indeholder forprogrammeret software, der er skræddersyet til at styre specifikke opgaver, såsom motorstyring, hjemmeautomatisering eller operationer med medicinsk udstyr. I modsætning til generelle mikrocontrollere kan deres funktioner ikke ændres eller genbruges til andre applikationer. De giver en omkostningseffektiv og effektiv løsning til produktudviklere, der søger en komponent, der pålideligt kan udføre enestående operationer med høj præcision og stabilitet. Fælles karakteristika for disse mikrocontrollere omfatter lavt strømforbrug, kompakt design, realtidsbehandlingskapaciteter og forskellige kommunikationsgrænseflader til problemfri integration med andre elektroniske komponenter i et system.
De vigtigste anvendelser af disse mikrocontrollere spænder vidt. af industrier, hvor de kontrollerer og optimerer ydeevnen af visse produkter. For eksempel kan de i bilsektoren regulere bremsesystemer eller brændstofindsprøjtning, mens de i forbrugerelektronik kan findes i smarte apparater eller dedikerede sundhedsanordninger. Producenter, der har etableret et ry for at producere applikationsspecifikke indlejrede mikrocontrollere af høj kvalitet, omfatter STMicroelectronics, Texas Instruments og Microchip Technology.