Nexus 5X har en Snapdragon 808-prosessor med 2 GB RAM, og enten 16 eller 32 GB med intern lagring. Batteriet har en kapasitet på 2700 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 i 120fps. Frontkameraet har 5 megapiksler og en apertur på f/2.4.