尽管小米4S并未搭载高通骁龙820处理器，不过这款手机依然采用了高通骁龙800系列稳定性不错的——骁龙808处理器，与前作小米4c一样。高通骁龙808是一款六核处理器，单核速度可达2 GHz，拥有两个A57核心和四个A53核心，并配备Adreno 418 GPU，集成X10 LTE调制解调器，理论上能够实现450Mbps的下载速度。
高通骁龙808处理器
当然，高通骁龙808处理器的整体性能也不弱，支持4K超高清视频拍摄和播放。为了保证整机的性能，小米4S还配备了3GB RAM和64GB机身内存，相比前作小米4c(注：16GB/32GB机身内存)存储空间更大，能够存储更多文件资料，也算的上是该机的又一大提升。在安兔兔评测基准跑分测试中，小米4S的总分为57167分，属于中端水准。相比高达10万+的小米5差距明显。
小米4S安兔兔评测数据
就日常操控体验来说，小米4S界面切换较为流畅自然，相比年初上市的红米Note 3全网通版来说流畅度有所提升。在首次打开拨号、联系人、短信等基础应用时，小米4S存在些许的延迟。对于《全民突击》这样的大型3D手机游戏，小米4S可以正常运行，射击、移动等操作均能够响应自如，画面中的3D背景渲染也比较到位，体现了Adreno 418 GPU的优势。
《全民突击》游戏截图
尽管相比小米5处理器配置以及性能跑分方面存在巨大差距，不过作为一款六核智能手机的小米4S，再结合3GB RAM(运行内存)，其多任务性能也不算弱，能够同时运行流畅多个手机应用，多个应用之间的切换一般都比较流畅自然，基本属于“秒开”，可以满足不少普通用户的日常操作需求。
《全民突击》游戏截图
