2020年是小米10周年，而小米10 Ultra就作为下半年的第一款旗舰机登场。和小米10、小米10 Pro对比，小米10 Ultra在外观辨识度方面做得非常出众，原因就是它将四个高规格摄像头按竖排放置，导致整个后摄模组非常巨大，实在说不上好看，但是真的很好认。
除了后摄模组，工艺和配色也是小米10 Ultra发力的方向，三个颜色分别是陶瓷黑、亮银和透明，都是小米曾经在CMF上探索过的方向。三个配色都非常不错，工艺最难的是亮银，风格最鲜明的是透明版，对比之下，陶瓷黑确实没什么特点。
陶瓷黑致敬了MIX陶瓷版，虽然叫陶瓷黑，但实际上是玻璃后盖表面喷涂200nm陶瓷镀膜，手感和视觉观感都很像陶瓷。如果完全用陶瓷来做的话，原本224g的机身重量还要再加，日常使用难以接受，这种方案和魅族17 Pro的陶瓷白有差距，但平衡了质感和重量，算是折中的选项。
透明版在玻璃四周做了熏黑处理，遮盖住粘胶，因为内部元器件以黑色为主，所以透明版看上去也是黑色基调。和小米8的透明探索版不一样，小米10 Ultra的透明版并不是在玻璃后盖上做图案，而是真的用了一块透明玻璃，极客味非常浓。
亮银版本在小米6上出现过，当时没有正式市售，如今终于算是了了一个心愿。这个亮银色是电镀着色，在小米6那年，良品率只有6%，经过工艺迭代，现在终于可以量产，但是良品率依旧不高，也是三个配色中产量最低的一款。这三个颜色都不好打理，但是和AG磨砂工艺不同，它们非常容易沾染指纹，需要经常擦拭。
其他配置方面，小米10 Ultra依旧配备了立体声双扬声器，但是上方改为听筒扬声器，外放音质保持了比较高的水准，但毕竟规格缩水，不如小米10 Pro。这主要是因为后摄模组占据了太多内部空间，连双层主板都被设计为九曲十三弯的异型，已经没有位置再放对称扬声器了。
小米10 Ultra更换了屏幕，小米10 Pro前期是三星供应的OLED屏，现在已经有华星光电作为二供，10 Ultra则是直接由华星光电供应。这块屏幕的刷新率是120Hz，触控采样率为240Hz（日常180Hz，游戏240Hz），参数上对比10 Pro的90Hz+180Hz有所提升。色深也从8bit升级为原生10bit，色彩过渡更为平滑，之前以10bit色深为卖点的机型是索尼Xperia 1，但那是用8bit抖成10bit，华星光电这块是业界第一款原生10bit屏幕。
屏幕亮度是三星E3屏的优势，小米10 Ultra更换华星光电的OLED屏以后，在这方面也能有相近表现，手动最大亮度450尼特，全屏激发亮度达到790尼特左右，和官方的800尼特属于误差范围内，峰值亮度最高是1120尼特，支持HDR10+图像显示。
色准一向都是小米数字系列的优势，出厂前均有独立调色，在旗舰机型中属于第一梯队。官方宣传的DeltaE小于1，JNCD小于0.63，而实测当中，能达到这个数字的是原色模式，sRGB的Delta E为0.9，而自适应模式和鲜艳模式均为P3色域，平均Delta E均大于3。
华星光电这块面板采用Pearl子像素排列，和三星Pentile排列类似，蓝色子像素和红色子像素是四角星形，绿色子像素是椭圆形，折损率和三星钻排类似。从正面看上去，华星光电和三星的观感没有太明显的区别，但是角度偏一点，就能看出10 Ultra屏幕偏黄绿色，可视角度不如三星。
另外需要注意的是，小米10 Ultra前期的DC调光和120Hz刷新率不能同时开启，在使用DC调光的时候刷新率会限制到60Hz，有望通过后期OTA升级解决。总的来说，从三星到华星光电，小米10 Ultra的屏幕素质还是升级更多，低角度下偏黄绿色也是瑕不掩瑜，要是有2K分辨率那就没什么可遗憾的了。
性能方面，小米10 Ultra依旧采用骁龙865 SoC，标配LPDDR5内存，闪存从UFS 3.0升级为UFS 3.1。高通对骁龙865+的销售限制了厂商的区域，联想和ROG都是绕过了这个限制才拿到供应的，国内其他安卓厂商则是通过优化865调校达到和高通官方相同甚至更好的表现。在游戏手机当中，黑鲨3S的优化甚至比ROG还要好得多，不需要过于追求865+。
小米10 Ultra的GPU最高频率设置在725MHz，比高通官方超频的670MHz还高了一档，但是仅对白名单部分游戏能够跑到最高频率，比如光明山脉，而且只能坚持5分钟左右，更多时候是以670MHz工作的。
发热表现也特别好，和平精英最高画质60帧，半小时机身温度最高也就43度，这个表现就算是和一票游戏手机对比也算是非常好的了。
影像部分是小米10 Ultra提升非常大的一个部分，首先是硬件部分就堆料堆得很满。主摄、2倍人像、潜望式长焦、超广角一应俱全。主摄用了一个全新CMOS，是豪威的OV48C，4800万像素带光学防抖；两倍长焦是三星S5K2L7，1200万像素；潜望式长焦是5倍光变，CMOS用了2019年的旗舰主摄IMX586，带OIS，规格确实高；超广角是IMX350，硬件没什么特别的，但是有夜景模式。
主摄有两项特别技术，分别是双原生ISO Fusion和单帧逐行HDR，索尼IMX689也有类似的双原生ISO，但是只有一个模数转换器，只能在低增益和高增益中二选一，而OV48C就有两个模数转换器，经过数字增益后将高ISO和低ISO两个原生画面进行融合，从而获得一张高动态范围照片。
单帧逐行HDR和多帧合成HDR原理不太一样，单帧逐行HDR顾名思义就是在一帧里面，逐行输出三档曝光信号，这样的成像速度确实更快，而且能够避免在拍摄运动物体时多帧合成HDR出现鬼影的情况，但是，对于相机稳定性的要求会比多帧合成更高，即便有OIS光学防抖，按下快门时稍微抖动一下，都更容易糊。大概意思就是单帧HDR对手持稳定性要求更高，多帧HDR对拍摄物体的稳定性要求更高。
在实际成像部分，OV48C的表现比小米10 Pro更强是意料之内，虽然说解析力比一亿像素弱，但是和同级4800万像素的机型处于同一档，动态范围表现确实好，在同级第一梯队占有一席之地。到了夜间，高光压制、暗部表现和解析力都比小米10 Pro更强，但是和一加 8 Pro比，层次感差一些，和Find X2 Pro比，色彩还原又差一些，HDR算法太过激进，会有整个画面都很平的感觉。和成像质量对比，成片率的问题可能更明显一点，手抖不抖决定了成片率和成片质量，只要手不抖，小米10 Ultra的夜景就是第一梯队，手一抖就会导致糊片。
2倍人像镜头是日常比较常用的中焦头，点到2倍变焦的场景很多，拍半身照用这颗镜头也特别好看。小米10 Ultra的人像模式在颜色、抠图、细节这三个方面都保持这很高水准，不过暂时不支持其他摄像头的选择，2倍拍全身照就不如主摄好用。
5倍潜望光变属于“有吊打没有”的硬件，再加上IMX586这个大底CMOS，在5倍这个焦段里表现得比vivo X50 Pro+和P40 Pro更好，和同样使用IMX586的三星S20 Ultra接近。至于120倍数码变焦，则属于一个营销概念了，想用它拍出能看的照片都比较困难。
超广角加入了夜景模式，可用性大大提升，也没什么大的槽点，主要问题还是它的位置太靠下，正常握持时开启超广角，手指必然入镜，需要调整手指的位置。
续航方面，小米10 Ultra是一块4500mAh石墨烯基锂电池，放电效率比一般锂电池稍高一些，虽说有120Hz刷新率，但是屏幕分辨率是FHD+，相对2K屏来说功耗低一些，在日常使用条件下865也不会到特别高的功耗，所以续航对于小米10 Ultra来说并不需要担心。
充电方面，小米10 Ultra在安卓旗舰中已经是顶级水准，100W有线充电可以在25分钟内从0%充至100%，而且也兼容多家PPS高功率充电器，最高能达到45W，同时还支持QC 5.0，以后QC 5.0的充电器也有望在100W以上。小米10 Ultra的55W无线充电也比许多机型的有线充电更快，从0%充至100%只需要40分钟。