小米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，搭载基于Android 4.4的MIUI 6。3080mAh高容量电池，并采用2种快速充电标准，最快可2.5小时内充满。
整体而言，小米4的外观比较贴合大众的审美，并没有追求超薄、双玻璃等噱头设计。最大的亮点是加入了金属边框，正面覆盖了整块玻璃，而且玻璃和金属边框之间是看不到任何东西的（仅有0.05mm的涂层），结合屏幕的高色彩饱和技术，极大的提高了观感。
背面采用弧形后壳，看起来非常的饱满，这种设计有利有弊，一来更加贴合手心，二来可以为电池提供更大的空间，三来尽量避免摄像头凸出。但也带来了8.9mm的偏厚厚度，结合着金属框的重心偏上（相对握持时的手心），或许是笔者手型偏小，握在手中有种欲掉不踏实感。
小米4的正面设计的很是漂亮，除了仅0.4mm的超窄外边框（整个边框2.64mm）外，黑色版还将传感器进行了隐藏设计，呼吸灯也移到了底部触控键下方，设计上更为对称。虽然背壳有一定的弧度，但摄像头还是有些微的凸起，有些影响美观。小米4也放弃米3的双闪光灯设计。小米4的后壳采用了光栅纹理设计，据称采用IMT内膜转印技术，在厚度仅0.8mm的后盖内合成了9层膜。让人欣喜的还是多种材质的后壳选择。除了黑白塑料外，小米还将提供木纹、竹纹、布纹、皮纹、石纹等多种材质的后壳，通过官网投票，最终选择得票最高的十余种。
顶部除了3.5mm耳机插孔外，还集成了一个红外发射孔，配合内置的“小米遥控器APP”可以操作电视、空调等家电。比如在操控小米电视时，除了常规的虚拟按钮外，还支持滑动等操作。
底部与小米3的布局较为接近，同样是Micro USB接口和扬声器。当然，采用了金属边框之后，扬声器的孔洞设计给人的感觉也高大上起来。不过天线隔断条的颜色有些偏深，看起来有些突兀感。
据雷军介绍，小米4的中框和边框经过8次CNC数控机床加工以及微米级喷砂工艺，可以称之为“如婴儿皮肤一样的触感”。实际上手确实非常顺滑，最大的感受还是防指纹效果非常理想，但是亮边却难以避免指纹的困扰。除了SIM卡槽（也是金属的）与边框贴合的不是很紧密外，做工还是非常赞的。在边框和屏幕玻璃之间，iPhone会有一层0.4mm的塑料，而小米则是涂了一层厚度仅0.05mm的Edge Coating涂层，直观看起来就是玻璃与金属直接接触，美观性大增。
小米4采用1300万像素索尼IMX214堆栈式二代镜头，这个新传感器已经成为了最近国产旗舰的标配，因此小米4采用IMX214也并不意外。采用6P镜片镜头，F1.8大光圈，并且引入先拍照后对焦的功能。另外一个比较有特色的功能是——高动态智能闪光灯，小米4会合成闪光前后的两张照片，将照片还原环境真实颜色。拍照界面仍然是MIUI熟悉的界面和功能，设置也不算很复杂，因此大多数用户都能马上上手。
搭载索尼IMX214传感器的小米4摄像头成像非常不错，对现场较为复杂的光线也有比较好的处理。另外，得益于F1.8的大光圈，整体进光量也增加不少，背景虚化效果比较自然。由于对这款传感器我们已经非常熟悉，因此这样的成像效果也属意料之中，小米4驾驭这款摄像头的能力也颇为不俗。
小米4这次在外观和做工上可以说给了很多的诚意，以推翻以往大家心中小米没有设计的印象。而实际真机看来小米4外观虽然不足以威胁一些公认的外观精美的手机，但也许是小米手机中最有设计感和最漂亮的一款产品了。而小米4搭载的最顶尖的配置也符合其为发烧而生的口号，性能的确非常强大。短短的现场试玩来玩，小米4在外观和硬件还是非常给力，不过小米的核心竞争力还是MIUI生态系统，迟些时候更新到MIUI V6的小米4，再搭载小米手环、小米路由等周边，相信小米4会更加具有竞争力。
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