Exynos 9820 được sản xuất trên quy trình 8 nm LPP FinFET, mà theo Samsung công bố mức tiêu thụ điện năng sẽ ít hơn 10% so với quy trình 10 nm. Trong khi đó, Huawei Kirin 980 và Apple A12 Bionic được sản xuất trên quy trình 7 nm. 

Kiến trúc CPU 8 nhân của Exynos 9820 được Samsung gọi là "tri-cluster" khá giống của Kirin 980, gồm có hai nhân CPU thế hệ thứ 4 tùy chỉnh, hai nhân lớn Cortex A75 (hiệu suất cao) và bốn nhân nhỏ Cortex A55.

Samsung cho biết nếu so với Exynos 9810, hiệu suất đa nhân trên Exynos 9820 tăng 15% và đơn nhân tăng 20%. Hiệu suất tổng thể của chip mới này tốt hơn 40% so với thế hệ tiền nhiệm. Exynos 9820 song hành cùng GPU Mali-G76 MP12 mang đến hiệu suất tốt hơn 40% so với GPU trong Exynos 9810 và cải thiện 35% hiệu quả năng lượng. Để so sánh, Kirin 980 chỉ có GPU Mali-G76 MP10.

Đây là lần đầu tiên, dòng chip Exynos 9 của Samsung được tích hợp bộ xử lý mô phỏng thần kinh chuyên dụng NPU, mang đến khả năng tính toán nhanh hơn gấp 7 lần so với thế hệ tiền nhiệm.