而小米3配備了夏普/LG的全高清IPS屏幕，采用OGS全貼合工藝，屏幕尺寸為5英寸，分辨率為1080P，441PPI。此外也為屏幕配備了流行的超靈敏觸摸和濕手操作技術，屏幕采樣達到140點/秒。
配置方面，小米4采用高通驍龍801四核處理器，2.5GHz主頻，3GB運行內存，這已經是現在安卓手機上能達到的最高配置了。
而小米3采用高通驍龍600 MPQ8064處理器，四核1.7GHz，2GB超大內存，8GB高速閃存。
在小米4的系統中，只是有幾個創新的小功能，因為現在小米4還是搭載MIUI V5，搭載MIUI V5的小米4操作體驗上還是類似小米3的體驗，不過加入幾個創新功能確實比較有想法。而小米3的操作系統是基於Android 4.2.1的MIUI V5。
攝像頭方面，小米4采用1300萬像素索尼IMX214堆棧式二代鏡頭，這個新傳感器已經成為了最近國產旗艦的標配，因此小米4采用IMX214也並不意外。采用6P鏡片鏡頭，F1.8大光圈，並且引入先拍照後對焦的功能。
而小米3代配備了1300萬像素的堆棧式攝像頭，配備了雙LED補光燈，為堆棧式傳感器，F2.2光圈加上28mm廣角，拍攝基礎能力仍然不俗。支持最大4128×3096分辨率照片拍攝