Nexus 6P har en Snapdragon 810 v2.1-prosessor med 3 GB RAM, og enten 32, 64 eller 128 GB intern lagring. Batteriet har en kapasitet på 3450 mAh, med en USB-C-inngang for lading og dataoverføring. Kameramodulene blir laget av Sony (Sony ExmorR IMX 377). Det bakovervendte kameraet har 12.3 megapiksler, med en apertur på f/2.0 og et autofokus-system som bruker IR-lasere. Det kan filme i 4K, samt sakte film ved 720p@240fps. Frontkameraet har 8 megapiksler og en apertur på f/2.4.