Jusqu'à sa version 4.4, Android 2007 comporte une machine virtuelle (VM) nommée Dalvik, qui permet d'exécuter des programmes prévus pour la plate-forme Java. Le bytecode de Dalvik est différent de celui de la VM Java d’Oracle (JVM) et le processus de construction d'une application est différent : le code source de l'application, en langage Java, est tout d'abord compilé avec un compilateur standard qui produit un bytecode pour Java Virtual Machine (JVM) (bytecode standard de la plateforme Java) puis ce dernier est traduit en bytecode pour Dalvik par un programme inclus dans Android, du bytecode qui pourra alors être exécuté.
 

À partir de la version 5 sortie en 2014, l'environnement d'exécution Android RunTime (ART) remplaça la machine virtuelle Dalvik. Cet environnement d'exécution plus performant fut développé par Google pour pallier le potentiel limité de Dalvik, créé en 2007. Avec ART, contrairement à la machine virtuelle java, les fichiers .apk ne sont plus lancés directement mais décompressés et lancés avec de nouvelles bibliothèques et API. Les applications prennent ainsi plus de place (+20 %), mais les gains en performance et en autonomie des batteries sont conséquents (+20 % à 30 %).
 

Android étant un système principalement ouvert, des versions alternatives aussi appelées ROM Custom (ou forks) se sont développées. Les applications qui y sont proposées et les serveurs web qui permettent d’y accéder sont généralement en anglais, mais une communauté française réalise aussi des versions très bien conçues, notamment celle dédiée à CyanogenMod.
 

Ces systèmes modifiés proposent de nouvelles fonctions (photos, écran d’accueil, apparence de l'interface, autonomie, ...) mais permettent surtout d’assurer le support. En effet, les constructeurs mettent à jour la version du système 2 à 3 fois durant la vie du smartphone et les ROM alternatives permettent donc de profiter des dernières versions d’Android et de bénéficier d’un support étendu.
 

Avantages :

Disponibles sur un grand nombre de modèles de smartphones étant donné que la diversité et le volume des ventes des d’ Androphones est sans limites.

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Une personnalisation et un choix presque illimités,

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Un smartphone globalement plus rapide puisqu'il est dépossédé des surcouches imposées par les constructeurs,

Des possibilités de sur-cadencement ou de sous-cadencement des composants afin d'obtenir un terminal plus réactif, plus puissant ou plus autonome que la version originale,

 

Certains ne pouvant pas être mis à jour, les versions alternatives permettent d'utiliser une version plus récente d’Android afin de rester à jour.
 

Inconvénients :

Le principal reste la stabilité qui peut poser des conflits entre les processus et entraîner un redémarrage intempestif du smartphone, ce problème étant de moins en moins fréquent avec Android 4.4,

Certaines fonctionnalités sont plus lentes d'autres plus rapides, parfois même inexistantes (Appareil photo, touches en façade, réactivité de l'écran),

 

Du fait du grand choix de ROM disponibles, l'utilisateur risque de perdre beaucoup de temps à sélectionner celle qui lui convient le mieux,

 

L'utilisateur doit avoir les droits root ce qui entraîne généralement un risque de perte de la garantie du smartphone.
 

Toutefois, l'Union européenne a voté des directives protectrices des consommateurs, en rendant illégale les clauses qu ilimitent les garanties pour ces raisons. Les principaux sites qui permettent d'accéder à ces ROM sont généralement des forums de développeurs regroupant plusieurs Projets tels que XDA developers.
 

Parmi ces ROM, se trouvent :

LineageOS (connu précédemment sous le nom de CyanogenMod), compatible avec de nombreux modèles du marché, dont la base est Open Source (sauf les drivers/pilotes) et qui offre une alternative épurée de certaines fonctionnalités dites « malveillantes »,

Replicant, qui est orienté 100 % libre et qui ne contient aucun paquet propriétaire. Il offre aussi une alternative épurée de certaines fonctionnalités dites « malveillantes » (comme LineageOS) mais est compatible avec peu de modèles sur le marché (par exemple l'OpenMoko). De plus, il n'est pleinement fonctionnel sur aucun des modèles compatibles,

Les ROM dites peu ou pas modifiées « Android Open Source Project » (AOSP) qui conservent le système original proposé par Google en y ajoutant le moins de modifications possibles sauf celles nécessaires à l'adaptation du système sur un modèle spécifique de téléphones.

Google à mis sur le marché une gamme de terminaux (Nexus), qui contient une version allégée de son OS mobile, nommée Android Pure. Celle-ci n’a pas de surcouches logicielle (constructeur ou opérateur), d’où son appellation. Elle contiennent également un chargeur d'amorçage (facilement déverrouillable) pour permettre plus de développement et de modifications systèmes.

Le Google Play Store (qui remplace l’Android Market depuis le 6 mars 2012), permet de télécharger des applications, des livres, des films ou de la musique, payantes ou non. Il est aussi possible de les noter et de les commenter. En septembre 2011, il y avait plus de 520 000 applications sur Android Market, dont 65 % sont gratuites. Le nombre d’ applications disponibles à été multiplié par 7 en 7 ans, pour atteindre 3 500 000 fin 2017. Il intègre maintenant des contenus 3D, 360° et 4K.