STM32F20x 系列基于高性能 ARM® Cortex™-M3 32 位 RISC 内核，工作频率高达 120 MHz。该系列集成了高速嵌入式存储器（闪存高达 1 Mbyte、系统 SRAM 高达 128 Kbytes）、备份 SRAM 高达 4 Kbytes，以及连接到两条 APB 总线、三条 AHB 总线和 32 位多 AHB 总线矩阵的各种增强型 I/O 和外设。

这些器件还具有自适应实时存储器加速器（ART Accelerator™），在 CPU 频率高达 120 MHz 的情况下，可实现相当于从闪存执行 0 等待状态程序的性能。这一性能已通过 CoreMark 基准测试得到验证。

所有器件均提供三个 12 位 ADC、两个 DAC、一个低功耗 RTC、十二个通用 16 位定时器（包括两个用于电机控制的 PWM 定时器）、两个通用 32 位定时器、一个真数随机发生器 (RNG)。它们还具有标准和高级通信接口。新的高级外设包括一个 SDIO、一个增强型灵活静态存储器控制 (FSMC) 接口（适用于 100 引脚及以上封装的器件）和一个用于 CMOS 传感器的摄像头接口。这些器件还具有标准外设。