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小米9采用轻薄设计，机身重量137g，机身厚度7.61mm，配备三星定制的6.39英寸AMOLED水滴屏，拥有全息幻彩蓝和全息幻彩紫。
相机方面，采用索尼4800万超广角微距三摄，包括1200万人像镜头、索尼IMX586 4800万像素主摄像头、1600万像素超广角+微距镜头。在国际测试评分机构DxOMark 中整体的分为107分，仅次于华为Mate 20 pro和华为P20 Pro。
性能方面，小米9搭载高通骁龙855处理器，这是高通年度旗舰级芯片，在吃鸡游戏中，小米9的画面能够稳定在60帧。在安兔兔软件中，小米9的跑分测试成绩为387851分。
