ТВ-приставка Xiaomi Mi Box S создана на базе Amlogic S905X и имеет 4 ядра Cortex-A53. В качестве ускорителя используется Mali-450. Оперативной памяти на 2 Гб вполне хватает на выполнение всех задач. Объём флеш-памяти составляет 8 Гб. Приставка оснащена ОС Android 8.1 Oreo и фирменной оболочкой «Андроид ТВ», что даёт ей возможность подключать телевизор к популярным видеоресурсам, скачивать различные приложения с Play Google, играть и слушать музыку.
Пульт работает по Bluetooth, и на нём имеются кнопки запуска различных видеосервисов, таких как Netflix и Live TV, а также есть возможность использования голосового помощника Google Assistant, благодаря которому можно управлять ТВ-приставкой за счёт подачи голосовых команд. «Ассистент» даёт возможность управлять телевизором даже из соседней комнаты, а так как приставка легко интегрируется в систему умного дома, то с помощью неё можно управлять и другой техникой в доме.
Предусмотрена возможность воспроизведения видеоформата 4K HDR на скорости 60 к/с. Приставка поддерживает такие аудиоформаты, как DTS и Dolby, которые обеспечивают объёмное трёхмерное звучание. В Xiaomi Mi Box S используется Wi-Fi 2.4 GHz/5 GHz Broadcom BCM4345 с поддержкой 801.11ac MIMO 1x1. Также на приставке имеется один порт USB 2.0 и HDMI 2.0a.