Смартфон оснащен 5.2-дюймовым Full HD IPS дисплеем (423 ppi) с улучшенной технологией In-Cell Touch, 6-ядерным процессор Qualcomm Snapdragon 808 с тактовой частотой 1.8 ГГц, 2 ГБ оперативной памяти и 16/32 ГБ встроенной, которую можно расширить microSD-картами максимальным объемом до 128 ГБ. Устройство также имеет Type-C USB-порт, а 10-минутной зарядки хватает почти на 4 часа работы.
Nexus 5X имеет две камеры – 12.3 Мп