Поставив своей целью разработать быстрый браузер, разработчики решили использовать открытые компоненты. Движком отображения веб-страниц был выбран свободный WebKit. Он обеспечивал необходимую скорость рендеринга, имея при этом ряд других преимуществ. С движком обработки JavaScript всё обстояло несколько сложнее. Все имеющиеся на момент 2008 года движки не обеспечивали необходимой производительности или распространялись по закрытым лицензиям. Поэтому инженеры Google написали с нуля скоростной, высокопроизводительный движок V8, что позволило Chromium стать на момент запуска веб-обозревателя одним из самых быстрых браузеров в плане обработки JavaScript. В конце 2009 года в тестовых сборках Chromium начались работы по внедрению аппаратного ускорения при обработке динамического содержимого. Результат работы проявился в 7 версии Chromium, где уже можно было включить аппаратное ускорение, обеспечивая высочайшую производительность при обработке динамического 2D (Canvas (HTML)) и 3D-контента (WebGL) с помощью графического процессора, показывая высокие результаты в демонстрационных тестах от Microsoft и Google. Для ускорения доступа к страницам используется технология предварительного чтения DNS и предварительная отрисовка страниц (пререндеринг). 7 декабря 2010 года Google анонсировала новый виток развития V8, разработав новую инфраструктуру компиляции кода. Новая технология под названием Crankshaft позволила добиться огромного прироста в производительности (порядка 109 %), обойдя все конкурирующие движки.

Согласно заявленным создателями Chromium стремлениям создать самый безопасный браузер, разработчики уделяют большое внимание внедрению новых функций по защите браузера. Для обеспечения безопасности в Chromium была выбрана модель «песочницы», позволявшая ограничить простор для атаки пользовательского компьютера через использованную уязвимость. Исследователи Google пришли к выводу, что почти 70 % угроз «работают» в движке отображения, который взаимодействует с ненадёжным содержимым. Именно поэтому разработчики перевели всю работу движка в песочницу. На большинстве операционных систем под управлением Linux он включен, однако некоторые неофициальные сборки Chromium дистрибутива Slackware) отключают режим «песочницы» принудительно. В сборке 66022 разработчики перенесли в «песочницу» (изменение касается систем под ОС Microsoft Windows) также исполнение подключаемого модуля Adobe Flash Player, который довольно часто становится объектом пристального внимания хакеров. У Chromium нет действенной защиты от XSS-атак, но, благодаря тому, что Chromium поддерживает HTTP-Only cookies, опасность межсайтового скриптинга значительно снижается. Также активно тестируется функция XSS Auditor, внедрённая в списке экспериментальных функций в 7 версии. Данный компонент значительно увеличивает защиту от межсайтового скриптинга. Впервые XSS Auditor был использован в 4 версии Chromium, но в связи с многочисленными ошибками и падением производительности в версии 4.1 функция была отключена. Проблему с производительностью и стабильностью разработчикам удалось разрешить, но функция до сих пор является экспериментальной, так как не все сайты способны с ней работать. Также в 7 версии Chromium в качестве эксперимента появилась возможность надзора над подключаемыми модулями. Браузер получил возможность предлагать отключение тех плагинов, которые имеют незакрытые уязвимости до тех пор, пока не выйдет обновлённая версия модуля с исправлением ошибок, окончательно функция стала доступна в 10 версии браузера. Для обеспечения криптографической безопасности при работе с конфиденциальной информацией пользователей Chromium предоставляет возможность работать с защищённым протоколом передачи данных (HTTPS), которые могут упаковываться в соответствии с криптографическими протоколами SSL 3.0 и TLS 1.0. Для дополнительной защиты Chromium может использовать экспериментальный открытый протокол HSTS, позволяющий устанавливать с сайтами в форсированном режиме защищённое соединение. Часть настроек безопасности пользователь может регулировать сам. В Chromium встроен компонент Безопасный просмотр, обеспечивающий защиту от фишинга и вредоносного ПО. Chromium при первом запуске в течение первых пяти минут загружает базы определений вредоносных и мошеннических сайтов, которые затем обновляет каждые 30 минут, при этом никакая личная информация в компанию Google не отправляется. Сам компонент может быть отключен в настройках браузера. Дополнительно Chromium позволяет проводить гибкую настройку содержания веб-страниц: редактировать политику запуска подключаемых модулей, использования JavaScript и cookies, а также проводить очистку конфиденциальных данных за определённый период. Среди прочих механизмов защиты можно выделить:

• Спецификация HTML5 в виде Origin Header обеспечивает защиту от подделки межсайтовых запросов (CSRF, блокируя неправильные запросы сайтов.
  
• Chromium поддерживает X-Frame-Options API, защищающий браузер от кликджекинга, а также X-Content-Type-Options API, предоставляющий браузеру возможность защищаться от MIME-сниффинга.
  
• Chromium поддерживает «режим инкогнито», при котором история посещений и загрузок не записывается в журналы, а файлы cookies удаляются после закрытия браузера.

При этом Google призывает пользователей при нахождении уязвимостей в браузере сообщать о них разработчикам, взамен получая денежные вознаграждения.

В целях повышения стабильности для Chromium была выбрана мультипроцессная архитектура. Браузер, движок рендеринга, расширения, подключаемые модули работают в отдельных процессах. Таким образом, при нарушении работы, например, расширения браузер продолжит работу в обычном режиме, выдав предложение о перезапуске расширения. У мультипроцессной архитектуры есть ещё ряд преимуществ, кроме стабильности:

• Возможность мгновенного освобождения памяти при закрытии одного из компонентов. В частности, при закрытии вкладки потреблявшаяся ею память освободится сразу, в отличие от браузеров, использующих однопроцессную архитектуру, где очищение памяти при закрытии вкладки идёт несколько дольше.
  
• Активное взаимодействие с операционной системой. При использовании большого числа вкладок многие вкладки могут простаивать в бездействии, несмотря на то, что они необходимы пользователю. Chromium, взаимодействуя с ОС, уменьшает потребление памяти, заставляя систему считать неиспользуемую вкладку свёрнутым приложением.
  
• Возможность понимания, какие ресурсы и в каком количестве выделяются каждому запущенному компоненту. Для того, чтобы пользователь мог точно разобраться в каждом процессе, в Chromium установлен собственный диспетчер задач и инструмент статистики about:memory.

Но при этом у подобной архитектуры есть существенный недостаток — большее общее потребление памяти.

Chromium использует движок WebKit для отображения веб-страниц, благодаря чему Chromium обеспечивает широкую поддержку HTML 4.01, xHTML 1.0 (2 изд.), XML 1.0 (4 изд.), SVG (уровень поддержки в 6 версии оценён как Advanced+), SVG Fonts, SVG Filters, SVG SMIL animation, MathML, ECMAScript, DOM. Разработчики же активно внедряют поддержку спецификаций HTML5, реализовав поддержку canvas, тегов video , audio , веб-приложений, геолокации, WebGL, Web SQL Database и ряда других активно разрабатываемых стандартов. Также Chromium полностью проходит тесты CSS3 Selectors Test и Acid3.

Поддержка форматов
Браузер обеспечивает поддержку графических изображений JPEG (через Libjpeg), PNG (через Libpng), GIF, XBM. В качестве альтернативного графического формата Chromium поддерживает разработанный компанией Google формат WebP, обеспечивающий лучшее качество при меньших размерах в сравнении с JPEG. Поддержка аудио и видео форматов ограничена исключительно свободными форматами Ogv, OGG и WebM, при этом AAC и MP3 не поддерживаются.

В декабре 2008 года Google объявила о начале работы по внедрению поддержки расширений в Google Chrome. Тестовой площадкой стал свободный браузер Chromium. В первых версиях Chromium 2 появилась возможность использовать расширения. Расширения — небольшие программы, запущенные в браузере и добавляющие дополнительную функциональность, интеграцию с разнообразными веб-сервисами и ряд других особенностей. При написании расширений могут использоваться те же самые технологии, что и при написании веб-страниц, то есть HTML для создания разметки, CSS для стилизации и JavaScript для программирования. Учитывая, что новейшие версии Chromium обеспечивают поддержку HTML5 и CSS3, то разработчики могут пользоваться новейшими открытыми веб-технологиями, такими как canvas и CSS-анимации.

Используя нативные API, расширения для Chromium могут взаимодействовать с закладками, предоставляя возможность создавать их и проводить над ними различные действия; контекстным меню, позволяя редактировать его содержимое; вкладками, позволяя сортировать их, изменять и проводить некоторые другие действия; другими нативными API, в том числе экспериментальными. Из сторонних API есть возможность работать с DOM, HTML5 API’s, WebKit API и другими.

Также для Chromium можно использовать кросс-браузерный NPAPI-модуль, позволяющий вызывать нативный бинарный код расширения через JavaScript для обмена данными между системой и браузером. Большим недостатком использования расширений, написанных с помощью этого API, является безопасность. Расширения получают такие же права, которые имеет браузер, и через уязвимость в расширении злоумышленник может нанести вред системе. Разработанные расширения можно выкладывать в официальной галерее расширений. Расширения, кроме использующих интерфейс NPAPI, не проходят предварительной проверки и сразу появляются в каталоге. Все расширения хранятся в crx-формате, который является особо построенным ZIP-файлом, который можно распаковать большинством архиваторов (7-Zip, WinRAR и др.). Начиная с 19 августа 2010 года, согласно обновлённым политикам безопасности, разработчики должны выплатить взнос в размере 5$ для начала публикации расширений в каталоге. Разработчики, которые зарегистрировались до 19 августа, входной платой не облагаются и могут продолжать публиковать расширения в обычном режиме. Расширения в Chromium могут обновляться сами, используя протокол Omaha. Chromium имеет встроенную поддержку сценариев Greasemonkey, что существенно расширяет возможности браузера.

Летом 2009 года в Chromium 3 была внедрена поддержка тем. Темы позволяли менять расцветку интерфейса браузера, согласно предпочтениям пользователя. В Linux-версии возможности персонализации оказались шире, так как темы могли использовать «родные» возможности интерфейса GTK+/GNOME. Для удобства пользователей была создана специальная галерея, содержащая темы от Google и сторонних авторов.

Chromium позволяет подключать к браузеру плагины, расширяющие возможности веб-обозревателя. В стандартной поставке на платформе Windows вместе с браузером идут:

• Default Plug-in — предоставляет возможность подключать сторонние плагины.
  
• GPU Plug-in — подключает возможность рендеринга Pepper 3D с помощью GPU.
  
• Native Client — плагин-компонент, позволяющий запускать приложения, использующие машинный код, в «песочнице».

В апреле 2009 года началось активное развитие плагина O3D, который должен предоставить API для создания мощных интерактивных приложений трёхмерной графики. Разработчики планировали в дальнейшем внедрить открытый модуль в поставку Chromium, но в связи с развитием WebGL разработка плагина была заморожена, а часть наработок перенесена в спецификации WebGL. В качестве дополнительных плагинов могут быть подключены Adobe Flash, Java, Silverlight, VLC Multimedia Plug-in, Adobe Reader и ряд других.

Безопасность
Плагины запускаются, согласно мультипроцессной архитектуре, в отдельных процессах, поэтому нарушить работу браузера они не способны. Но из-за того, что подключаемые модули используют системные библиотеки, их исполнение было вынесено из «песочницы».

19 мая на официальном блоге Chromium был анонсирован Chrome Web Store, в котором будет предоставлена возможность публиковать приложения. Приложения являются интерактивными веб-сайтами, во многом похожими на расширения, но коренным отличием является то, что приложения можно продавать. Таким образом Google надеется привлечь крупных игроков, желающих извлечь выгоду из своих разработок. Среди анонсированных приложений оказались: графический редактор и ряд игр. 7 декабря 2010 года на мероприятии Chrome Event разработчики браузера Chromium и Google Chrome объявили о запуске Chrome Web Store, в котором можно будет устанавливать веб-приложения, расширения и темы. При этом для удобства пользования браузером на сенсорных экранах в браузере разрабатывается специальная панель приложений, адаптированная под управление пальцем. Разработка приложений имеет примерно те же возможности, что и разработка расширений, но есть дополнительные возможности, как, например, запуск устанавливаемых приложений вне браузера.

Через google-аккаунт может синхронизировать, в том числе и с браузером Google Chrome (и другими браузерами на основе Chromium, имеющие ядро выше 5 версии), веб-приложения, автозаполнение форм (кроме данных кредитных карт), закладки, расширения, параметры браузера и темы. Начиная с 9 версии браузера, Chromium умеет синхронизировать пароли, при этом эти данные передаются в зашифрованном виде при установке идентификационной фразы.

Инструменты разработчика. Инструменты разработчика Chromium предоставляют интегрированное окружение для отладки, оптимизации и понимания устройства веб-приложений или сайтов, запущенных в Chromium. Инструменты разработчика частично разрабатываются в составе WebKit под названием Web Inspector. Среди функций стоит отметить обработку в реальном времени DOM и CSS, отладку JavaScript, использующую графический отладчик, анализ времени исполнения всех функций веб-приложений, исследование данных локальных хранилищ HTML5, а также ряд других функций.

Диспетчер задач. В диспетчере задач показываются все процессы, запущенные в Chromium, и используемые этими процессами ресурсы (память, процессор и сеть).

Другие инструменты. Браузер обладает дополнительными скрытыми инструментами для разработчиков и тестировщиков, позволяющих получить доступ к дополнительным экспериментальным функциям браузера, подробной информации о браузере, средствам мониторинга данных, а также к ряду других возможностей.