Với ngoại hình gần như không có sự thay đổi so với thế hệ trước là Mi MIX 2 ngoại trừ cụm camera kép được thiết kế dọc và nằm lệch về phía bên trái ở mặt lưng, tương tự như iPhone X. Xiaomi Mi MIX 2S sở hữu màn hình kích thước 5.99 inch độ phân giải FullHD+, theo tỷ lệ 18:9.
Bên trong Mi MIX 2S là vi xử lý Snapdragon 845 mạnh mẽ nhất hiện nay, RAM tùy chọn 6/8GB và bộ nhớ trong tùy chọn 64/128/256GB. Ngoài ra, model này cũng được Xiaomi tích hợp trợ lý ảo riêng với tên gọi là XiaoAI với chất lượng được quảng cáo tốt hơn cả Siri của Apple.
Cũng như những chiếc Mi MIX khác, Mi MIX 2S sở hữu phần thân máy được làm bằng gốm cao cấp. Trong đó, phiên bản màu Đen sẽ sở hữu phần khung viền bảo vệ và khung viền camera được mạ vàng.
Cụm camera kép trên Mi MIX 2S bao gồm 2 cảm biến với độ phân giải 12MP, được đặt dưới một ống kính góc rộng và một ống kính tele. Camera chính sẽ là cảm biến Sony IMX 363, kích thước điểm ảnh 1.4μm, hỗ trợ lấy nét dual-pixel và quay video timelapse độ phân giải 4K. Trong khi đó, camera thứ hai sẽ hỗ trợ khả năng zoom quang 2x.
