毫不掩饰地说，小米8就是安卓手机里的iPhone X，宽大的“刘海”、把闪光灯夹在中间的竖排双摄、弧度相似的屏幕圆角……这些显著的外部特征，很难不让人想起iPhone X。但小米8和iPhone X还是有着些许差别，其“下巴”较宽，背面弧度与小米6四曲面玻璃+金属中框的设计更为相似。而得益于更圆润的背面设计，小米8也拥有较为舒适的手感。此外，小米8取消了红外发射器和3.5mm耳机接口，不支持防水，采用Type-C数据接口。
 
在小米8上，小米首次采用了由三星提供的AMOLED屏幕。其屏幕为6.21英寸2248x1080分辨率，支持DCI-P3色域、HDR和Alwasy On Display熄屏显示。标准模式下，小米8的屏幕色温偏冷，色准及色域一般，最大亮度可达600nits，强太阳光下也能看清屏幕内容，整体表现比同为AMOLED面板的一加6稍强。但由于采用了AMOLED面板，就很难绕过画面精细度不足、频闪等问题，不过由于每个人对这些问题的接受程度不同，因此更建议消费者到线下体验真机过后再决定是否购买。
 
小米8不出意料地搭载了高通骁龙845处理器，不过RAM容量仅有6GB可选。其日常使用的流畅度与其它845机型无异，但在实测中，小米8应对《王者荣耀》边境突围模式，《崩坏3》高压力关卡，以及在低电量运行《绝地求生：刺激战场》时，会出现因温控而关闭2~4颗大核心的问题，由此导致画面帧率不太稳定。而在同样的测试环境下，Galaxy S9+、一加6、OPPO Find X和vivo NEX的表现都要比小米8好不少。
 
与小米MIX 2S相同，小米8配备了一块3400mAh的电池，一天一充问题不大。而在充电上，小米8支持QC 4+快充，但随机附送的为QC 3.0快充头，半小时能充入约50%的电量，完全充满则需要约1小时50分钟。需要提醒的是，用户可不必为小米8专门购置一个QC 4+快充头，实测中，其使用QC 4+和QC 3.0快充头充电，两者速度的差距可以忽略不计。
 
在相机的硬件规格上，小米8与小米MIX 2S保持一致，为双1200万像素的IMX363+S5K3M3组合。但得益于算法的提升，小米8在DxOMark上的综合得分比小米MIX 2S略高，为99分。DxOMark认为其优点在于：①正确的曝光和宽广的动态范围；②丰富鲜艳的色彩；③正确（中性）的白平衡；④自动对焦非常快速正确；⑤噪点不多，但在最低的光照水平下除外；⑥平滑而迷人的虚化效果。不足则有：①明显的彩色边纹；②即使在高光下也会失去一些精细细节；③自动对焦偶尔延迟；④轻微的白平衡不正确；⑤虚化模式下，景深偶尔不正确。
 
系统方面，小米8搭载基于Android 8.1的MIUI 10，UI设计与Android P较为相似。而本来就十分好用的“全面屏手势”，小米也进行了改良，在屏幕左右两端向内滑动为“返回”的基础上，如果不松开手指滑到屏幕中间，就会触发在两个应用间切换的操作，使得“全面屏手势”更加好用。虽然MIUI的本地化、功能性和人性化程度是不少厂商难以企及的，但其系统内置的广告也为不少用户所诟病，如果要最大化去除广告只能购买小米会员。
 
此外，小米8的双频GPS在实测中定位的精度较其它手机有很大提高，其“刘海”中加入的红外相机组件，也使得小米8在漆黑环境中面部解锁的成功率要高于其它手机。