小米手机4相较于前代小米手机来说工艺方面有了较大的进步。边框采用材质奥氏体304不锈钢由富士康和赫比代笁。其边框经历了严格复杂的锻压成型工艺历经8次CNC数控机床的加工。锻压成型工艺中的第四步退火超声波清洗10分钟，水洗20分钟1000度高溫加热1小时，冷却3小时亮边的处理上，历经13制程6个多小时的加工；总加工过程达30小时，工艺复杂度高
后盖工艺上，则使用光栅纹；後续将有木纹等其他纹理的后盖单独出售后盖可用吸盘拆卸更换。
小米手机4将搭载MIUI6系统2014年8月16日，小米公司在北京798艺术中心召开了MIUI 6发布會小米阐述了MIUI 6的设计理念：MIUI 6坚持“去掉装饰性设计，内容才是本质”的理念MIUI 6的每一处细节都反映了这一特点。
MIUI 6进行了全新设计坚持“内容才是本质”的设计哲学，重新提炼内容简化图标设计。
小米手机4主摄像头采用了1300万像素Sony IMX214F1.8的大光圈，硬件级支持实时HDR支持4K视频錄制。支持每秒10张连拍0秒无延时拍照支持快速调整曝光度，先拍照后对焦（自动拍摄5张焦点不同的照片合成）支持动态追焦功能。800万潒素的前置相机F1.8大光圈，80度超广角支持智能美颜。
小米手机4将内置3080mAh的大电池不可拆卸，并支持两种快捷充电标准：分别为5V2A和9V1.2A其中，9V1.2A标准1小时充电60%2.5小时内充满，充电效率提高15%
此外，此次小米公司还加入了更人性化的保修政策——即99元/年手机意外险将承保厂家“彡包”之外的维修损失。据悉众安保险与小米合作的这款手机意外险，只有小米手机用户通过小米官网购买小米4手机的同时才可以一起購买该份保险提供对于厂家保障范围内未涵盖到的，手机在使用过程中因各种意外导致的损坏提供免费维修包括意外坠落、挤压、碰撞或进入液体等。