三星note3在上市的版本中，一共使用了兩款CPU處理器。分別是搭載三星 Exynos 5 Octa 5420雙四核心處理器和2.3GHz高通驍龍800四核芯處理器。
三星 Exynos 5 Octa 5420，這種8核處理器使用一種新的架構，能夠在不減少電池使用壽命的情況下提供更多的效能。這種Exynos 5 Octa處理器晶片實際上是在一個晶片封裝中包含兩個四核晶片。四個高效能核心用於遊戲和視訊重放等繁重的任務。
驍龍800系列處理器配備非同步四核Krait 400 CPU，在驍龍S4 Pro處理器的基礎上，效能提升最高達百分之七十五，並將製程技術進一步提升到28奈米HPM，技術節點，功耗更低。Krait是非同步對稱多處理架構，提供每核峰值效能的動態功率感知和控制，無需使用其它專用核心即可延長電池續航時間。
