iPhone 5s相比之前的iPhone系列產品，最大的變化是搭載了蘋果公司最新的A7的處理器以及M7運動協處理器。CPU/GPU性能均比iPhone 5的A6快2倍，GPU方面A7集成四核心PowerVR G6430，A7也是首款集成此核心的CPU，支持OpenGL ES 3.0。A7亦是首款被用於智能手機上的ARM架構64位處理器，采用28納米HKMG工藝。CPU/GPU性能均比iPhone 5的A6快2倍，CPU性能是初代iPhone的40倍，GPU性能則是初代的56倍。
蘋果還為A7處理器增加了協處理器M7，M7其實是壹塊NXP LPC18A1，是以ARM Cortex-M3為基礎開發的LPC1800系列的壹員，專門用來處理來自重力加速器，陀螺儀，指南針這三類數據，iPhone 5s推出之前這些數據都是由CPU處理的，從而導致CPU頻率升高而無法壹直采集數據，而如果交給低頻率的M7來處理則可以在CPU休眠（即屏幕關閉時）時采集數據判斷運動狀態，它能全天的判斷用戶在步行還是在開車或是在睡覺，根據狀態對系統做出調整如開車時不自動加入新WIFI。
iPhone 5s仍然配備800萬像素攝像頭，使用的是來自索尼定制IMX145系列的CMOS感光原件，具有f2.2光圈、全新的True Tone雙色溫閃光燈。單個像素尺寸提升為1.5微米，傳感器面積比之前iPhone 5上的大了15%。支持拍攝分辨率為3264×2448的照片。iPhone 5s還支持全景拍攝，全景照片可達2800萬像素。iPhone 5s的攝像頭也支持拍攝1080P視頻、慢動作視頻。
iPhone5s支持每秒10張的全尺寸連拍，每秒鐘要處理8000萬像素的信息，100張就是8億像素。最高支持999張連拍，並且壹邊連拍壹邊自動調節測光。蘋果的圖像ISP（Image Signal Processor圖像處理器）是集成在SOC（System on Chip系統級芯片 ）裏面的幾乎是完全定制的，外界根本查不到它的資料。
另外iiPhone5s支持120fps，720p高速攝像。
由於iPhone 5s采用A7處理器+M7運動協處理器，使得iPhone 5s在部分情況下比iPhone 5省電。同時iPhone 5s還配備了1570mAh的電池。據官方描述，待機時間從225小時提升到250小時。