魅族MX3屏幕升級為5.1英寸，分辨率為1800*1080，每英寸像素達到415ppi。至於為什麽不采用1920*1080的標準全高清分辨率，魅族官方解釋是15:9的長寬比更接近黃金比例。屏幕組件由夏普或JDI提供。夏普屏幕采用了新的Mode 2技術和CGS技術，可以使屏幕更輕更薄，但在陽光下有更好的對比度和顯示效果。
由於窄邊框設計，魅族MX3的機身寬度並沒有明顯增加，66.1mm的尺寸依然適合單手握持，而且官方宣稱2.9 mm邊框是目前最窄的邊框手機。另外船長139mm，厚度9.1mm，整體重量143g。
硬件方面，魅族MX3采用了和三星Galaxy S4壹樣的三星Exynos 5雙四核處理器，內置四核A7+四核A15核，2MB二級緩存，2GB RAM，2400mAh不可拆卸電池。為了控制CPU的發熱問題，魅族MX3采用了獨立的雙路散熱系統:CPU通過散熱矽膠達到大面積散熱石墨的鎂合金不銹鋼復合骨架；在LCD散熱系統中，LCD背光的熱量通過大面積散熱石墨的LCD不銹鋼邊框，達到了快速散熱的目的。
另外由於金屬邊框，為了避開信號門，魅族MX3改進了天線設計，並為其申請了專利。據悉，其3G頻段信號比iPhone 5強4倍，人腦在3G頻段的吸收率僅為國標的1/6，在2G頻段僅為國標的1/8。
魅族MX3後置800萬像素第三代背照式傳感器，擁有F2.0大光圈，零延遲防抖技術，內置四通道富士通圖像信號處理，支持快速連拍，能夠以每秒20幀的速度完成快速連拍。前置鏡頭為索尼背照式200萬像素。
魅族MX3還增強了機器的音樂效果，搭載歐聲音頻處理器WM5102，信噪比113dB，失真度0.004%。同時采用了Dirac高清音頻技術，根據魅族耳機的聲學物理特性定制了聲學優化方案。並且增加了獨立智能PA，對外聲音更大。
軟件方面，魅族搭載了全新的Flyme 3.0，基於Android 4.2.1。