历经 18 个月的研发期，小米稍早正式公布了全新一代的旗舰机种小米手机 5 ，在硬体规格一如预期的采用高通 Snapdrgon 820 处理器，搭配 4GB LPDDR4 RAM ，以及 128GB UHS 2.0 储存，机身设计则提供 3D 玻璃或是 3D 陶瓷机身工艺机身设计，外观与先前小米手机 Note 相当设计，采用金属边框与 3D 区面玻璃设计。
3GB RAM 32GB 储存标准版本为 1,999 人民币， 3GB RAM 64GB 高配版为 2,299 人民币，采用 4GB RAM 128GB 储存与 3D 陶瓷材质的顶配版本为 2699 人民币。
Snapdragon 820 的性能也就不多累述，基本上相较小米手机 4 在 CPU 一举提升 100% 性能， GPU 也有着 40% 的提升，小米号称其安兔兔 V6 效能跑分可达 14 万。
在外型虽与小米手机 Note 相近，不过侧边曲面不再有弯折，而是机背玻璃弧形一直延伸到整个侧面，机身下方的扬声器开孔也不再像以前小米手机采用密集开孔，而是采用较大型的扬声器开孔；另外机身除采用 3D 玻璃的标准版本外，尊爵版还采用微晶锆奈米陶瓷材质，号称成本比起 3D 玻璃更贵 75% ，且不易加工。
另外机身正面也搭载前置指纹辨识设计，号称搭配扬声器等前置硬体的配置达到握持与使用的最佳化；至于萤幕则是搭配 5.15 吋 Full Hd 显示器，机身厚度仅 7.25mm ，电池为 3,000mAh ，支援高通 QC 3.0 技术，可在一小时内将电量充电到 80-90% ，充电五分钟约提供 2.5 小时通话，雷军强调高通 Snapdragon 820 的能源管理搭配小米调教，仍能提供一天的充裕使用， 3D 玻璃版本重量仅 125 克。
另外在相机方面使用的是 Sony 16MP 元件，搭配 6 片式镜片四轴光学防手振玻璃镜片，外覆一片蓝宝石玻璃保护，并透过 Snapdragon 820 内的 Spectra ISP 于昏暗环境下提供画质强化以及防手振补强机能，并搭配 DTI 像素隔离技术。至于前相机仍采用小米手机 Note 的 2um 4MP 前置相机，也依旧具备年龄、性别辨识系统下的 36 级美顏方案。另外还有顏质比拚机能，以女星的顏质作为演算基础在自拍时做出顏质频比。
至于在萤幕方面，延续先前机种所具备的技术，包括阳光屏、夜光屏、负液晶高对比度、高色彩饱和度以及护眼模式，且希望能提供 600nits 高亮度，采用 17 颗高亮度 LED 作为背光；另外小米手机 5 也加入 NFC 支援，强调采用 NXP 方案，同时保有支付之外的全功能服务，也能作为交通卡使用，未来能在中国作为公车、地铁交通卡使用，甚至也可用来帮实体交通卡储值。
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