屏幕方面，小米4屏幕采用5英寸夏普和JDI屏，OGS全贴合工艺，并称NTSC色域比iPhone 5s更高。支持自动识别湿手和手套模式。还有边缘防误触专利技术，保证手指操作边缘仍可执行。另外小米也提出了99元/年的意外保险，用于碎屏和意外进水。 而小米3配备了夏普/LG的全高清IPS屏幕，采用OGS全贴合工艺，屏幕尺寸为5英寸，分辨率为1080P，441PPI。此外也为屏幕配备了流行的超灵敏触摸和湿手操作技术，屏幕采样达到140点/秒。 配置方面，小米4采用高通骁龙801四核处理器，2.5GHz主频，3GB运行内存，这已经是现在安卓手机上能达到的最高配置了。 而小米3采用高通骁龙600 MPQ8064处理器，四核1.7GHz，2GB超大内存，8GB高速闪存。 在小米4的系统中，只是有几个创新的小功能，因为现在小米4还是搭载MIUI V5，搭载MIUI V5的小米4操作体验上还是类似小米3的体验，不过加入几个创新功能确实比较有想法。而小米3的操作系统是基于Android 4.2.1的MIUI V5。 摄像头方面，小米4采用1300万像素索尼IMX214堆栈式二代镜头，这个新传感器已经成为了最近国产旗舰的标配，因此小米4采用IMX214也并不意外。采用6P镜片镜头，F1.8大光圈，并且引入先拍照后对焦的功能。 而小米3代配备了1300万像素的堆栈式摄像头，配备了双LED补光灯，为堆栈式传感器，F2.2光圈加上28mm广角，拍摄基础能力仍然不俗。支持最大4128×3096分辨率照片拍摄
