Mi4 sử dụng chíp Qualcomm Snapdragon 801(MSM8974AC) lõi tứ có tốc độ 2.5GHz. Với dung lượng 3GB RAM và bộ nhớ trong với các lựa chọn 16/64GB . Nó sử dụng màn hình 5-inch 1080p của Sharp and JDI display . Dung lượng pin đạt 3080 mAh. Camera chính có độ phân giải 13 megapixel f/1.8 và camera trước được nâng cấp lên 8 megapixel.
Hình thức
Khi cầm trên tay điện thoại này có thể dễ dàng nhận thấy nó sao chép rất nhiều chi tiết trong ngôn ngữ thiết kế của iPhone
Nếu nhìn từ phía mặt trước, Xiaomi Mi4 trông khá giống một chiếc iPhone 5/5s cỡ lớn.
Viền của Mi4 đước làm bằng thép rất chắc chắn và được cắt vát rất tinh tế, có khay SIM chuẩn micro-SIM
Ở bên trái thân máy được tích hợp 3 phím nguồn, tăng âm lượng và giảm âm lượng
Đỉnh máy có giắc cắm tai nghe và cổng hồng ngoại để điều khiển từ xa cho 1 số thiết bị điện tử trong gia đình
Ở dưới đáy của máy có chân cổng MicroUSB, loa ngoài và tích hợp 2 vạch nhựa để giúp cải thiện sóng được tốt hơn
Mặt sau của Mi4 được thiết kế nắp lưng nhựa có gắn logo MI của hãng
Tuy vậy, nắp lưng của Xiaomi Mi4 có bề mặt bóng và có thể tháo để thay thế bằng những bộ vỏ lưng khác làm từ chất liệu gỗ và treMặc dù nắp lưng tháo được nhưng việc thực hiện không đơn giản, phải dùng đến nắp hút chân không vì xung quanh phần tiếp xúc của nắp lưng với khung máy không có chỗ nào gờ lên để tháo. Chiếc nắp lưng bằng nhựa của máy khá mỏng và rất dẻo, uốn được. Nắp lưng tháo ra được nhưng viên pin lại được gắn chặt vào thân máy, không cho người dùng tháo ra.
Màn Hình
Xiaomi Mi4 sử dụng màn hình IPS LCD 5 inch độ phân giải Full HD với mật độ điểm ảnh 441 PPI. Theo cảm nhận ban đầu sau thời gian sử dụng ngắn thì đây là màn hình tốt: sắc nét, màu sắc hiển thị tươi tắn, góc nhìn rộng, độ sáng tối đa cao giúp hiển thị tốt cả dưới nguồn sáng mạnh dưới ánh đèn trong nhà và ngoài trời. Chiếc smartphone này cũng cho phép người dùng tùy chỉnh độ bão hòa màu và nhiệt màu màn hình theo ý thích tương tự như các smartphone Lumia 930 và Galaxy S5.
Camera
Máy cho phép chỉnh cân bằng trắng, ISO, phơi sáng tới 32 giây
Xiaomi trang bị cho Mi4 camera sau của Sony với độ phân giải 13 mpx, khẩu độ f/1.8 cùng đèn flash trợ sáng, camera trước độ phân giải lên tới 8 mpx đáp ứng mọi nhu cầu "tự sướng" của người dùng cho ra hình ảnh nét và mịn da. Tích hợp sẵn chức năng nhận dạng đánh giá độ tuổiTốc độ bắt nét của camera sau nhanh, hình ảnh rõ nét chi tiết nhưng màu sắc không tươi. Dù sao với smartphone nhu cầu chủ yếu là chụp hình nhanh và chia sẻ trên Facebook hay Instagram thì Mi4 đã làm tốt nhiệm vụ của mình. Đồng thời, ứng dụng camera cho phép người dùng có thể tùy chỉnh rất nhiều thông số nâng cao khi chụp ảnh như: chỉnh cân bằng trắng theo độ K, tốc độ màn trập (hỗ trợ phơi sáng tối đa 32s, cho phép tùy chỉnh ISO trong khi phơi sáng), chụp ảnh HDR trực tiếp, lấy nét bằng tay giúp tạo bokeh, chụp trước lấy nét sau.
Tuy nhiên với thiết kế camera ở mặt lưng thiết kế thô và to, bố trí camera mang hơi hướm các sản phẩm của Samsung. Mặt của camera lồi lên so với nắp lưng của máy dễ gây ra tình trạng xước kính camera
Phần mềm
Xiaomi Mi4 hoạt động trên nền tảng Android 4.4.4. Có vẻ Xiaomi rất sùng bái Apple nên giao diện MIUI cũng có những nét tương tự iOS. Máy không có khay ứng dụng mà toàn bộ ứng dụng được đưa lên màn hình chủ (có thể tạo thêm nhiều màn hình chủ).
Tuy vậy, giao diện của Xiaomi Mi4 trông khá bắt mắt với màu sắc tươi sáng, hiệu ứng mượt mà và nhiều tùy chỉnh cần thiết được đưa ngay vào phần cài đặt nhanh. Bên cạnh đó, Xiaomi cũng đưa vào khá nhiều tính năng thú vị như: tự động khóa màn hình khi để máy trong túi quần, túi xách; rung theo nhịp khi máy chơi nhạc hay phát video; mở khóa màn hình bằng phím âm lượng.
Hiệu năng
Trang bị cấu hình "hàng khủng" với bộ vi xử lý Qualcomm Snapdragon 801 lõi tứ 2.5GHz và 3GB RAM nên Xiaomi Mi4 hoạt động hết sức mượt mà. Tất cả các game nặng nhất trên Android hiện nay như Asphalt 8 Airbone, Modern Combat 5 đều chạy ở mức thiết lập cao nhất một cách hoàn toàn trơn tru. Điểm hiệu năng đo bằng các phần benchmark quen thuộc như Antutu hay Quadrant cũng cho thứ hạng cao.
Tuy vậy, máy cũng nóng lên nhanh sau thời gian chạy những ứng dụng nặng như chơi game hay quay phim 4K. Phần nóng nhất là khu vực cạnh trên, phần trên của 2 cạnh bên và quanh khu vực camera, có lẽ là nơi đặt toàn bộ các linh kiện chính như bộ vi xử lý và RAM nên tỏa nhiệt rất mạnh. Mức độ nóng máy tới mức khó chịu sau khoảng 15 phút chơi game hoặc quay phim. Mặc dù máy nóng lên nhanh, có lẽ là do khung kim loại dẫn nhiệt nhanh nên máy cũng mát trở lại nhanh chóng sau thời gian ngắn ngừng sử dụng.