Hai kiến trúc thiết kế phần hạt nhân kinh điển nhất là kiến trúc vi hạt nhân và đơn hạt nhân. Vi hạt nhân:

Các vi hạt nhân cung cấp các chức năng điều hành cơ bản cốt lõi theo cơ chế các modul tương đối độc lập đảm nhiệm các tác vụ cụ thể và chuyển dời rất nhiều các dịch vụ điển hình điều hành hệ thống, thực thi trong không gian người sử dụng. Nhờ cơ chế này, các dịch vụ có thể được khởi tạo hoặc cấu hình lại mà không nhất thiết phải khởi tạo lại toàn bộ hệ thống.

Kiến trúc vi hạt nhân cung cấp độ an toàn cao do dịch vụ hệ thống chạy ở tầng người sử dụng với hạn chế về truy nhập vào tài nguyên của hệ thống và có thể được giám sát.

Kiến trúc vi hạt nhân có thể được xây dựng một các mềm dẻo để phù hợp với cầu hình phần cứng khác nhau một các linh hoạt hơn so với kiểu kiến trúc đơn hạt nhân. Tuy nhiên do tính độc lập tương đối giữa các modul trong vi hạt nhân nên cần thiết phải có một cơ chế trao đổi thông tin hay truyền thông giữa các modul đó. Vì vậy đây có thể là lý do làm chậm tốc độ và làm giảm tính hiệu quả hoạt động của hệ thống.

Đặc điểm nổi bật và cốt lõi của kiến trúc vi hạt nhân là kích thước nhỏ và dễ dàng sửa đổi cũng

như xây dựng linh hoạt hơn. Các dịch vụ thực thi ở tầng trên của hạt nhân vì vậy đạt được độ an toàn cao.

Kiến trúc vi hạt nhân được phát triển mạnh mẽ trong các hệ thống đa xử lý như Mach, QNX.

Đơn hạt nhân:

Kiểu kiến trúc đơn hạt nhân cung cấp tất cả các chức năng/dịch vụ chính yếu thông qua một quá trình xử lý đơn lẻ. Chính vì vậy kích thước của chúng thường lớn hơn kiểu kiến trúc vi hạt nhân. Loại hình kiến trúc này thường được áp dụng chủ yếu cho các phần cứng cụ thể mà đơn hạt nhân có sự tương tác trực tiếp với phần cứng. Nhờ vậy mà khả năng tối ưu cũng dễ dàng hơn so với kiểu kiến trúc vi hạt nhân. Chính vì vậy đây chính là lý do tại sao kiến trúc đơn hạt nhân không thể thay đổi mềm dẻo và linh hoạt như kiểu vi hạt nhân.

Ví dụ điển hình về loại hình kiến trúc đơn hạt nhân là Linux, MacOS và OS.

Vì hệ điều hành cũng đòi hỏi về tài nguyên và kiêm cả chức năng quản lý chúng, vì vậy người thiết kế cần phải nắm được các thông tin về chúng một cách chính xác và đầy đủ.