小米3采用的是來自夏普和LG的高清IPS視網膜屏幕。屏幕采用康寧大猩猩二代玻璃。
小米3攝像頭組合為1300萬像素主攝像頭+200萬像素前置攝像頭的組合，主攝像頭的光圈為f/2.2，配備飛利浦雙LED閃光燈，最高可支持1300萬像素每秒連拍10張。
小米手機3采用了全球首發的NVIDIA Tegra 4和高通驍龍800最新版“8?×74AB系列”中的 8274AB（聯通制式） 和 8674AB（電信制式）頂級四核處理器。