外观亮相后，雷军详细介绍了小米9的性能和核心配置。处理器方面，小米9搭载了最新的7nm高通骁龙855处理器，最高主频2.84GHz，单核性能提升45%，安兔兔v7.2.4版本中综合跑分为387851，登顶安卓手机阵营榜首。
根据安兔兔官方榜单，目前行最好的骁龙845手机是红魔Mars，平均成绩320996分，然后是基于麒麟980的华为Mate 20，平均成绩308140分，小米9比它们分别高了20.8％、25.9％。
GPU性能上，骁龙855内置的Adreno 640图形渲染速度提升20%，同时小米9还新增了Game Turbo模式，支持游戏场景感知、游戏触控模式、游戏显示增强、游戏工具箱2.0，玩大型3D手游更畅快。
官方测试显示，在和友商麒麟980机型的对比中，小米9不仅在AI算力上大幅超越，同时在知名MOBA手游、吃鸡手游压力测试中，帧率曲线平滑度完胜。
除了骁龙855之外，小米9还采用了LPDDR4x+UFS2.1+系统级优化，模拟18个月使用后，系统卡顿降低35%。
