持2倍光学变焦、人像模式和光学防抖。其中主摄像头采用了索尼IMX 363作为图像传感器，镜头的光圈值为F1.8，物理焦距4.216mm；而副摄像头则采用了三星S5K3M3作为图像传感器，镜头光圈值为F2.4，物理焦距5.2mm。支持多场景AI优化，DXO Mark达到了101分，与iPhone X相同。最初版本搭载了采用基于Android 8.0开发的MIUI 9（并将支持基于Android 10开发的MIUI 12）。在中国大陆，小米MIX 2S搭载智能语音助理小爱同学，目前该语音助手只搭载于国内版（