内存：保留了小米2/2S的2GB RAM，机身存储提供16GB和64GB两种版本。同时，小米手机3配备2GB LPDDR3运行内存，提供16GB eMMC4.5高速闪存，进一步提升了I/O性能。
摄像：采用的摄像头组合为1300万像素主摄像头+200万像素前置摄像头的组合，主摄像头的光圈为f/2.2，配备飞利浦双LED闪光灯，最高可支持1300万像素每秒连拍10张。同时，小米3还支持NFC与米Hi-Fi等功能。
屏幕：采用的是来自夏普和LG的高清IPS视网膜屏幕，屏幕尺寸提升至5英寸，分辨率提升至1080p级别，每英寸像素数达到441PPI，与此前小米2/2S的342PPI相比有着大幅的升级。为了解决大屏和更快处理器带来的能耗压力，小米手机3将电池容量增加至3050mAh。
