小米4 使用了5.0英寸的屏幕，分辨率为1920x1080像素。在拍照方面，该机搭载了1300万+800万像素的摄像头。在硬件方面该机使用了骁龙2.5GHz四核处理器，机身内存16GB运行内存3GB，电池容量为3080mAh，支持中国电信网络。
小米手机4主摄像头采用了1300万像素Sony IMX214，拥有F1.8的大光圈，硬件级支持实时HDR，支持4K视频录制。支持每秒10张连拍，0秒无延时拍照支持快速调整曝光度，先拍照后对焦(自动拍摄5张焦点不同的照片合成)，支持动态追焦功能。800万像素的前置相机，拥有F1.8大光圈，80度超广角，支持智能美颜。
小米手机4将内置3080mAh的大电池，不可拆卸，并支持两种快捷充电标准：分别为5V 1.2A和9V2A。其中，9V2A标准的充电器1小时充电60%，2.5小时内充满，充电效率提高15%。
