小米MIX 2S搭载高通骁龙845处理器，采用6GB/8GB LPDDR 4x内存以及128GB/256GB UFS存储，屏幕采用了18:9的5.99英寸1080p全面屏。支持7.5W配备Qi标准无线充电器，电池容量为3400mAh，为小米首款支持无线充电的机型。提供黑、白两种配色。[16]
相比于MIX 2，后置摄像头提升幅度较大，采用1200像素广角+1200长焦的双镜头组合，支持2倍光学变焦、人像模式和光学防抖。其中主摄像头采用了索尼IMX 363作为图像传感器，镜头的光圈值为F1.8，物理焦距4.216mm；而副摄像头则采用了三星S5K3M3作为图像传感器，镜头光圈值为F2.4，物理焦距5.2mm。支持多场景AI优化，DXO Mark达到了101分，与iPhone X相同。[1]
最初版本搭载了采用基于Android 8.0开发的MIUI 9[17]（并将支持基于Android 10开发的MIUI 12[18]）。在中國大陸，小米MIX 2S搭載智能語音助理小愛同學，目前该语音助手只搭载于国内版（China）的MIUI系统中，国际版（Global）系统搭载Google开发的Google助理。