外观设计方面，小米MIX 2S同小米MIX 2相差不大，同样采用了全面屏设计，陶瓷机身，前置摄像头依然放在右下角。
但雷军称新机边框进一步变窄，另外新机外观设计的另一个变化是后置摄像头改为了双摄，黑色版摄像头边框采用18K金镶嵌，白色版没有。
性能方面，小米MIX 2S国内首发骁龙845处理器，最高主频2.8GHz，GPU性能提升30%，功耗降低30%，AI性能提升3倍，小米称其安兔兔跑分达277178分，另外小米MIX 2S辅以8GB+256GB存储。
此次小米MIX 2S相机还有AI加持，主要表现为背景虚化更加出色，还可以改变背景光斑的形状，该功能叫做“AI梦境虚化”；另外，AI还为小米MIX 2S相机带来了AI场景模式，可为不同的拍摄场景带来不同的优化。
另外，还支持“AI单摄背景虚化”功能，也就是前置自拍单摄也可以做出双摄的虚化效果。小米MIX 2S还支持超分辨率合成、智能识别PPT、智能翻译等特色功能。另外值得一提的是，雷军称小米MIX 2S DxO Mark的得分为101分，跟苹果iPhone X相同。
