歷經 18 個月的研發期，小米稍早正式公布了全新一代的旗艦機種小米手機 5 ，在硬體規格一如預期的採用高通 Snapdrgon 820 處理器，搭配 4GB LPDDR4 RAM ，以及 128GB UHS 2.0 儲存，機身設計則提供 3D 玻璃或是 3D 陶瓷機身工藝機身設計，外觀與先前小米手機 Note 相當設計，採用金屬邊框與 3D 區面玻璃設計。
3GB RAM 32GB 儲存標準版本為 1,999 人民幣， 3GB RAM 64GB 高配版為 2,299 人民幣，採用 4GB RAM 128GB 儲存與 3D 陶瓷材質的頂配版本為 2699 人民幣。
Snapdragon 820 的性能也就不多累述，基本上相較小米手機 4 在 CPU 一舉提升 100% 性能， GPU 也有著 40% 的提升，小米號稱其安兔兔 V6 效能跑分可達 14 萬。
在外型雖與小米手機 Note 相近，不過側邊曲面不再有彎折，而是機背玻璃弧形一直延伸到整個側面，機身下方的揚聲器開孔也不再像以前小米手機採用密集開孔，而是採用較大型的揚聲器開孔；另外機身除採用 3D 玻璃的標準版本外，尊爵版還採用微晶鋯奈米陶瓷材質，號稱成本比起 3D 玻璃更貴 75% ，且不易加工。
另外機身正面也搭載前置指紋辨識設計，號稱搭配揚聲器等前置硬體的配置達到握持與使用的最佳化；至於螢幕則是搭配 5.15 吋 Full Hd 顯示器，機身厚度僅 7.25mm ，電池為 3,000mAh ，支援高通 QC 3.0 技術，可在一小時內將電量充電到 80-90% ，充電五分鐘約提供 2.5 小時通話，雷軍強調高通 Snapdragon 820 的能源管理搭配小米調教，仍能提供一天的充裕使用， 3D 玻璃版本重量僅 125 克。
另外在相機方面使用的是 Sony 16MP 元件，搭配 6 片式鏡片四軸光學防手振玻璃鏡片，外覆一片藍寶石玻璃保護，並透過 Snapdragon 820 內的 Spectra ISP 於昏暗環境下提供畫質強化以及防手振補強機能，並搭配 DTI 像素隔離技術。至於前相機仍採用小米手機 Note 的 2um 4MP 前置相機，也依舊具備年齡、性別辨識系統下的 36 級美顏方案。另外還有顏質比拚機能，以女星的顏質作為演算基礎在自拍時做出顏質頻比。
至於在螢幕方面，延續先前機種所具備的技術，包括陽光屏、夜光屏、負液晶高對比度、高色彩飽和度以及護眼模式，且希望能提供 600nits 高亮度，採用 17 顆高亮度 LED 作為背光；另外小米手機 5 也加入 NFC 支援，強調採用 NXP 方案，同時保有支付之外的全功能服務，也能作為交通卡使用，未來能在中國作為公車、地鐵交通卡使用，甚至也可用來幫實體交通卡儲值。
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