野蠻生長時代的小米奉承“無設計就是最好的設計”被人笑了很久，從小米Note才開始真正重視工藝設計，當時其雙面玻璃帶來不錯的觀感和質感。米5一定程度上延續小米Note的設計，雖然白色面板的無邊框設計所帶來的黑邊讓人吐槽，但黑色版米5真的很不錯。原本以為小米5S/5s Plus將延續米5的工業設計，結果小米來了個全金屬材質的機身設計。
盡管小米5S/5s Plus的機身設計更換成了金屬材質，但仍然保留著大弧度的機身背蓋，整體輪廓和米5相似。然而，我們能從這兩款手機中看到很多主流的設計，包括納米注塑以及三段式的天線設計，以及金屬機身的拉絲處理等等。
雖然小米5S和5s Plus是分別主打小屏和大屏市場的同系列產品，但小米5s Plus并不是小米5S單純的放大版本。準確來說兩款手機都有鮮明的差異化功能，而不是僅局限于屏幕大小的差異。譬如，小米5S采用更納米注塑的天線設計，而小米5s Plus采用的是三段式設計，還有后置雙攝像頭以及指紋識別。
值得一提的是，小米5s Plus機身頂部加入了紅外遙控的發射器(小米5S沒有該功能)，可以搖控電視、冰箱等家電產品。
機身底部，小米5S和小米5s Plus的設計基本保持一致，左右對稱開孔(僅有一側為揚聲器，另一側為MIC)，中間設置了Type-C USB接口。
屏幕方面，小米5S屏幕尺寸為5.15英寸，小米5s Plus的為5.7英寸，兩者的分辨率均為1080P。
此外，小米5S和5s Plus仍然采用類似無邊框ID的設計，黑邊顯得有點寬。
值得一提的是，小米5S還支持壓力感應觸屏(僅有高配版小米5S才支持)，這也是和小米5s Plus差異出來的功能。
此外，小米5S采用了超聲波指紋識別的設計，把指紋識別傳感器整合到玻璃面板里面，避免了前面板的開孔。但是挖了一個凹槽，以便用戶更直觀地體驗指紋識別功能。小米5s Plus則沒有采用超聲波指紋識別技術，后置指紋識別按鍵，前面設置了三顆觸摸式按鍵。
卡槽方面，小米5S和5S都采用了雙Nano SIM卡槽的設計，不支持Micro SD卡擴展。此外，兩款手機均支持雙卡雙待全網通網絡制式。
