小米9 首先主打“长得好看”，号称迄今最好看的小米手机，采用了全曲面玻璃轻薄设计，厚度仅 7.61 毫米，纳米全息纹＋双层纳米镀组成全息幻彩机身，113 平方厘米的背部机身上，每平方厘米拥有 9930 个阵列点，提供全息幻彩蓝、全息幻彩紫、深空灰三种配色，就连主镜头上都设计成了全息幻彩天使眼。
手机正面是6.39 英寸水滴全面屏，“最美下巴”宽度仅 3.6 毫米，相比小米 8 缩小 40％，并有定制化小型前置镜头模组、第三代超声波距离传感器、高灵敏屏下光线传感器，使得屏占比高达 90.7％。
三星顶级 AMOLED 面板，分辨率 2244×1080，103.8％ NTSC 广色域，亮度 600nit，对比度超过 60000:1，表面覆盖康宁第六代大猩猩玻璃。
升级护眼模式 2.0，支持 256 级色温护眼等级，通过德国电气工程师协会 VDE 低蓝光护眼认证，还有高亮模式(提升 39％)、阳光屏 2.0、低亮度画质优化(色彩保真和伽玛优化)。
处理器号称全球真首发骁龙 855，安兔兔跑分高达 387851，搭配 LPDDR4X 2133MHz 内存、UFS 2.1 闪存，使用 18 个月后老化卡顿降低 35％。
击沉史上最强移动 GPU Adreno 640，并特别加入Game Turbo 游戏加速模式，支持游戏场景感知(智能调度系统资源)、有戏触控模式(触控参数开放控制)、游戏显示增强(丰富画面色彩/优化图像细节)、游戏工具箱 2.0(实时显示 CPU+GPU+帧率/一键切换上网卡/熄屏挂机)。
针对 MOBA 手游特别优化，支持超清模式、HDR 高清+60 帧模式，平均帧率分别可达 59.9FPS、55.8FPS。
后置第一次全焦段三摄像头头，DxOMark 评分达到了 107 分(拍照 112 分/录像 99 分)，仅次于华为 Mate 20 Pro、P20 Pro 109 分，超过了苹果 iPhone XS Max 105 分。
三个摄像头全部是6P 镜头、闭环马达，中间是索尼 IMX586 4800 万像素主镜头，感光面积 1/2 英寸，光圈 F1.75，像素尺寸 0.8 微米，支持四合一像素(1200 万/1.6 微米)。
上方是三星 S5K3M5 1200 万像素人像镜头，2 倍光学变焦，感光面积 1/3.6 英寸，光圈 F2.2，像素尺寸 1.0 微米。
底部是索尼 IMX481 1600 万像素超广角＋微距镜头，感光面积 1/3 英寸，光圈 F2.2，像素尺寸 1.0 微米，支持 117 度超广角(防畸变)和 4 厘米微距。
特别支持960 帧慢动作、月亮模式、手持超级夜景模式，四合一大像素，多重曝光 HDR，AI 智能测光，AI 防抖自动校准。
前置为 2000 万像素单摄像头，小型化定制，绝对居中，美颜＋美型＋美妆＋眼神光全能美颜，并内置抖音热门功能，与抖音独家视频体验合作优化。
电池容量3300mAh，可以重度使用 7 小时、中度使用一整天，特别有深色模式，最大亮度省电 83％，半亮度生你单 50％。
支持27W 有线快充，半小时可充入 70％，一小时即可充满，并有独立电荷泵、多重保护；20W 业界最快无线快充，一个半小时即可充满，并有德国莱茵 TUV 快充安全认证。
小米 9 还有单独的无线充电器，独立静音风扇＋散热片，异物检测安全充电，Qi 国际标准兼容其他无线充电手机，20W 功率并兼容 10W EPP 快充协议，售价99 元。
以及无线移动电源，容量10000mAh，无线充电功率 10W，可同时为三台设备充电，支持 Qi 标准，异物检测，价格149 元。
以及无线车充，20W 功率，电动变形，独立静音风扇＋散热片，璀璨环形灯，兼容多种无线充电手机，价格169 元。
其他亮点：第五代屏幕指纹识别(速度提升 25％)、独立 AI 按键会叫小爱同学、双频 GPS(L5 独立天线)、全功能 NFC(NXP SN100T 顶级芯片/交易速度提升 30％)、红外遥控、业内最大超线性扬声器、802.11ac 2×2 MU-MIMO Wi-Fi、蓝牙 5.0、Mi Pay 支持百款应用内支付、全网通 5.0。