外觀亮相後，雷軍詳細介紹了小米9的性能和核心配置。處理器方面，小米9搭載了最新的7nm高通驍龍855處理器，最高主頻2.84GHz，單核性能提升45%，安兔兔v7.2.4版本中綜合跑分為387851，登頂安卓手機陣營榜首。

根據安兔兔官方榜單，目前行最好的驍龍845手機是紅魔Mars，平均成績320996分，然後是基於麒麟980的華為 Mate 20，平均成績308140分，小米9比它們分別高了20.8 ％、25.9％。

GPU性能上，驍龍855內置的Adreno 640圖形渲染速度提升20%，同時小米9還新增了Game Turbo模式，支持遊戲場景感知、遊戲觸控模式、遊戲顯示增強、遊戲工具箱2.0，玩大型3D手游更暢快。

官方測試顯示，在和友商麒麟980機型的對比中，小米9不僅在AI算力上大幅超越，同時在知名MOBA手游、吃雞手游壓力測試中，幀率曲線平滑度完胜。

除了驍龍855之外，小米9還採用了LPDDR4x+UFS2.1+系統級優化，模擬18個月使用後，系統卡頓降低35%。