小米4的記憶體容量分別是16GB和64GB。
配置方面，小米4採用高通驍龍801四核處理器，2.5GHz主頻，3GB執行記憶體，這已經是現在安卓手機上能達到的最高配置了。
而小米4的另外一個比較有特色的功能是——高動態智慧閃光燈，小米4會合成閃光前後的兩張照片，將照片還原環境真實顏色。
小米4的運存ram是3GB。
攝像頭方面，小米4採用1300萬畫素索尼IMX214堆疊式二代鏡頭，這個新感測器已經成為了最近國產旗艦的標配，因此小米4採用IMX214也並不意外。採用6P鏡片鏡頭，F1.8大光圈，並且引入先拍照後對焦的功能。
