Der Cortex-A15 liefert eine Rechenleistung von 3,5 DMIPS/MHz und übertrifft damit seinen Vorgänger Cortex-A9 um 40 Prozent.
Vom Cortex-A9 hat er Single-Threading, Superskalarität, Out-of-Order-Befehlsausführung und dynamische Sprungvorhersage geerbt. Die 8-stufige Pipeline des Cortex-A9 wurde auf 13 Stufen verlängert.
Die OS-Virtualisierung wird hardwaremäßig unterstützt, des weiteren wurde als Nachfolger des AMBA-3-AXI-Busses ein neuer Bus AMBA-4 eingeführt, der
64 bit bzw. 128 bit (Datenpfad) breit ist und die bislang auf die einzelnen Prozessoren limierte SMP-Kohärenz auf das gesamte SoC ausdehnt. Dies bedeutet, dass man Cluster von zwei, vier oder sogar mehr Prozessoren mit jeweils vier Cores anlegen kann. Über den AMBA-4-Bus können jetzt theoretisch 1 Tbyte physikalischer Speicher adressiert werden.
ARM implementierte auch noch Algorithmeen zur Fehlererkennung und -korrektur: 1-Bit-Fehler werden korrigiert, 2-Bit-Fehler erkannt.