小米9搭载高通最新一代的旗舰处理器骁龙855，是高通800系列旗舰芯片最大的一次版本升级，其采用高通自研的全新Kryo 485内核，拥有1个超大核＋3个大核＋4个小核的八核心架构，超级大核最高频率达到2．84Ghz，有着极其强悍的单核性能。但遗憾的是，小米9不支持内存扩展，不能插内存卡。
　　小米9配备了Game Turbo模式，其中包括FPS显示、屏幕优化显示，触控模式优化，熄屏挂机的功能。同时小米也进行了模拟18个月老化测试，小米9能够保证使用18个月不卡。