Samsung Galaxy Watch 4シリーズは、次世代のウェアラブル向けのSamsungの最新チップセットであるExynos W920SoCを搭載します。韓国のハイテク大手は、新しいSoCを発表したばかりで、「業界最小のフォームファクターに詰め込まれた高性能、効率、LTE接続」を提供すると述べています。サムスンはまた、5nmの極端紫外線（EUV）プロセスノードで構築された最初のSoCであると主張しています。 Exynos W920 SoCは、LPDDR4 RAMおよび組み込みマルチメディアカード（eMMC）ストレージをサポートします。
SamsungのExynosW920は、2つのArmCortex-A55コアとArmMali-G68GPUを組み合わせたデュアルコアSoCです。また、専用の低電力ディスプレイプロセッサであるCortex-M55を備えており、前世代のExynos SoCと比較して低消費電力でAlways-on Display（AoD）を実現します。 Exynos W920は、CPUに関してパフォーマンスを約20％向上させ、グラフィックスパフォーマンスを10倍向上させると言われています。 5nmチップセットは、「より高速なアプリケーションの起動と、よりインタラクティブな人目を引く3Dグラフィカルユーザーインターフェイス（GUI）」も提供します。 960x540ピクセルの最大解像度をサポートします。チップセットには、ファンアウトパネルレベルパッケージング（FO-PLP）もあります。
System-in-Package-embedded Package on Package（SiP-ePoP）構成のおかげで、同じパッケージに電力管理IC（PMIC）、LPDDR4 RAM、および組み込みマルチメディアカード（eMMC）ストレージが組み込まれています。 Exynos W920には、4G LTE Cat.4モデムとグローバルナビゲーション衛星システム（GNSS）L1が組み込まれており、屋外での活動中に速度、距離、高度を追跡できます。