Về cấu hình, Mi S được cho là sở hữu màn hình 4.6 inches độ phân giải Full HD, chạy trên nền tảng con chip Snapdragon 821, 4GB RAM, bộ nhớ trong lên tới 128GB, camera chính 12MP với cảm biến Sony IMX378, khẩu độ f/2.0 đi kèm flash kép. Camera phụ của thiết bị này cũng có độ phân giải 4MP, cảm biến Ultrapixel tương tự như Mi 4, khẩu độ f/2.0.
Chiếc smartphone cỡ nhỏ của Xiaomi sẽ được trang bị viên pin 2.600mAh, công nghệ sạc nhanh Quick Charge 3.0, cổng USB Type-C. Nếu trở thành hiện thực thì đây là chiếc smartphone dưới 5 inches mạnh mẽ nhất thế giới hiện nay.
