iPhone 16 全系列導入 Apple 全新設計的 A18 系列晶片，包括 iPhone 16 / iPhone 16 Plus 使用的 A18 晶片與 iPhone 16 Pro / iPhone 16 Pro Max 使用的 A18 Pro 晶片。
A18 與 A18 Pro 晶片皆使用 TSMC 台積電第二代 3nm 製程，兩者配置相仿，都內建 6 核心 CPU 與 16 核心神經網路引擎，差別在於 A18 配備 5 核心 GPU，A18 Pro 則配備 6 核心 GPU。
A18 晶片
相較於 iPhone 15 / iPhone 15 Plus 使用的 A16 Bionic 仿生晶片，A18 晶片的 CPU 性能和效率皆提升達 30%，GPU 性能提升達 40%、效率提升達 35%，ML 機器學習模型的人工智慧運算速率亦可達 2 倍。由於擁有硬體加速的光線追蹤單元，光線追蹤表現甚至是以往軟體模擬的 5 倍。
除了晶片本身的提升，iPhone 16 / iPhone 16 Plus 還調整了邏輯晶片主機板，把 A18 晶片放置到更靠近機身中央的位置，同時最佳化周遭結構，再加上完全由回收鋁金屬製成的散熱子結構。綜合以上特性，iPhone 16 / iPhone 16 Plus 的連續遊戲性能可較前代提升達 30%。
A18 晶片性能增幅
| 比較舊機型 | A18 CPU 性能增幅 | A18 GPU 性能增幅 |
| iPhone 15 / iPhone 15 Plus | +30% | +40% |
| iPhone 14 / iPhone 14 Plus | +50% | +50% |
| iPhone 13 / iPhone 13 mini | +50% | +70% |
| iPhone 12 / iPhone 12 mini | +60% | +100% |
A18 Pro 晶片
接著來看 Pro 系列機種，相較於 iPhone 15 Pro / iPhone 15 Pro Max 使用的 A17 Pro 晶片，A18 Pro 晶片的系統記憶體總頻寬增加了 17%，是 iPhone 歷來最高，CPU 性能提升達 15%、效率提升 20%，GPU 性能提升達 20%，硬體加速光線追蹤效能提升至 2 倍。
它還整合全新的 ISP 與影片編碼器，可處理 2 倍的資料量，甚至能支援錄製 4K 解析度 120 fps 的 Dolby Vision 杜比視界或 ProRes RAW 影片。這個 120 fps 錄製還提供原始速率、半速、1/4 甚至 1/5 速率的慢動作播放。
A18 Pro 晶片性能增幅
| 比較舊機型 | A18 Pro CPU 性能增幅 | A18 Pro GPU 性能增幅 |
| iPhone 15 Pro / iPhone 15 Pro Max | +15% | +20% |
| iPhone 14 Pro / iPhone 14 Pro Max | +30% | +40% |
| iPhone 13 Pro / iPhone 13 Pro Max | +40% | +50% |
| iPhone 12 Pro / iPhone 12 Pro Max | +60% | +100% |
