小米4的配置如下：
螢幕。5英寸夏普或JDI生產的OGS全貼合螢幕，解析度為1920x1080像素，NTSC色域達到95%，陽光屏技術，支持濕手和手套模式。
處理器。高通驍龍801四核處理器，2.5GHz主頻。
記憶體和存儲。3GB RAM，內置存儲為16GB或64GB。
攝像頭。後置1300萬像素索尼IMX214堆疊式攝像頭，F1.8大光圈，前置800萬像素攝像頭。
電池。3080mAh不可拆卸式鋰離子聚合物電池。
網路連線。支持4G網路（聯通TD-LTE、聯通FDD-LTE、電信CDMA2000/WCDMA/GSM、移動GSM/TD-SCDMA/TD-LTE），雙卡雙待，支持Wi-Fi（802.11 b/g/n/ac），藍牙v4.0。
作業系統。基於Android 4.4的MIUI V5系統。
此外，小米4還支持多種感測器，如重力感應、距離感應、光線感應、電子羅盤、陀螺儀、氣壓計等，支持NFC功能，提供指紋識別功能，支持快速充電技術。