根据现有的传闻以及小米3s安兔兔跑分曝光消息，该机将配有5.0英寸1080p分辨率触控屏，内置2.5GHz骁龙801处理器，并拥有3GB内存和16GB的存储容量，搭载的是Android4.4.2系统。
此外，小米3s会内置1300万像素摄像头，但该机会采用索尼新型传感器，甚至有可能是索尼第四代背照式MX214传感器。在拍照功能上，必然有明显的升级。同时，小米3s前置镜头则会由过去的200万像素大幅跃升至800万像素，迎合了当前不少用户都喜欢自拍的心理。
不过，来自安兔兔跑分数据信息显示，拥有强悍配置的小米3s跑分仅为31432。这与高通MSM8974AC处理器普通成绩有所出入，或许是因为当时只是测试机型，其系统优化尚未做好。