小米手机4搭载高通骁龙801(V3)2.5GHz处理器，3GB RAM及16/64GB ROM，后置摄像头为1300万像素的Sony IMX214，800万像素前置摄像头，屏幕为5英寸1080p，由夏普和JDI提供；16GB版本售价仍为1999元。

软件方面，将搭载基于Android 4.4的MIUI 6。

小米手机4移动4G版在2014年9月9日中午12点在小米官网正式开卖，售价依然是1999元。 2014年11月7日，联通4G版小米手机4，支持TD-LTE/LTE FDD/WCDMA/GSM制式。

小米4特别版：小米4特别版仅为移动4G白色版，供货为20万台，该设备内存降至2GB，售价也比标准版便宜200元，仅在双11开卖。