Warstwa firmware odpowiedzialna za szybkie uruchamianie systemu, pomijająca sprawdzanie obecności niektórych rodzajów sprzętu. Firmware w celach bezpieczeństwa weryfikuje również stan urządzeń podczas poszczególnych etapów uruchamiania. Warstwa oprogramowania systemowego zawierająca zmodyfikowane jądro Linux, w celu szybkiego uruchamiania Chrome OS. Oprogramowanie użytkownika zostało zmniejszone do minimum; wykorzystany został m.in. demon Upstart, który jest odpowiedzialny za równoległe uruchamianie usług, zarządzanie zadaniami. Warstwa menedżera okien, zarządzająca typowymi dla siebie zadaniami systemu X window.
Zintegrowany odtwarzacz multimedialny Google zapowiedziało, że zarówno system, jak i przeglądarka będą posiadać wbudowany odtwarzacz, którego zadaniem będzie obsługa plików MP3 czy JPEG i innych, gdy system nie będzie posiadać połączenia z internetem.