內存：保留了小米2/2S的2GB RAM，機身存儲提供16GB和64GB兩種版本。同時，小米手機3配備2GB LPDDR3運行內存，提供16GB eMMC4.5高速閃存，進一步提升了I/O性能。
攝像：采用的攝像頭組合為1300萬像素主攝像頭+200萬像素前置攝像頭的組合，主攝像頭的光圈為f/2.2，配備飛利浦雙LED閃光燈，最高可支持1300萬像素每秒連拍10張。同時，小米3還支持NFC與米Hi-Fi等功能。
屏幕：采用的是來自夏普和LG的高清IPS視網膜屏幕，屏幕尺寸提升至5英寸，分辨率提升至1080p級別，每英寸像素數達到441PPI，與此前小米2/2S的342PPI相比有著大幅的升級。為了解決大屏和更快處理器帶來的能耗壓力，小米手機3將電池容量增加至3050mAh。
