Samsung GALAXY S4 работает на базе платформы Android 4.2.2 «из коробки». Также в наличии есть обновленный интерфейс TouchWiz Nature UX. Новый смартфон обзавелся множеством уникальных и полезных нововведений, которые призваны упростить жизнь его обладателя, а также привнести яркие и незабываемые впечатления от использования устройства в повседневной жизни.
Функциональность камер смартфона была расширена благодаря внедрению множества новых возможностей. К примеру, «Двусторонняя съемка» позволяет делать фотографии, задействовав одновременно обе камеры. Функция «Фото со звуком» позволяет сделать фото, вместе с которым сохранится и звуковое сопровождение, а функция «Фото движения» дает возможность снять серию фотографий подряд и объединить их в одно изображение. Также следует отметить режим камеры «Живое фото», благодаря которому можно создавать анимированный GIF-файл из выбранного фрагмента отснятого материала.

3G версия Samsung GALAXY S4, которая появится в России в конце апреля, будет оснащаться фирменным процессором Samsung Exynos 5, который объединяет в единую систему два четырехъядерных процессора (1,6 ГГц и 1,2 ГГц соответственно). Позже в продаже появится появится LTE версия смартфона, построенная на четырёхъядерном чипе Qualcomm Snapdragon 600 с тактовой частотой 1,9 ГГц.

Samsung GALAXY S4 оснащен 2 ГБ оперативной памяти, от 16 и 64 ГБ пользовательской памяти и слотом для карт microSD (до 64 ГБ), Wi-Fi 802.11 a/b/g/n/ac, NFC и Bluetooth 4.0, GSM, HSPA+ и LTE (все частоты), GPS/ГЛОНАСС. Емкость аккумулятора составляет 2600 мАч. Этого ресурса хватает на работу большого дисплея и мощного процессора в течение суток и больше. Крайне актуально для тех, кто любит путешествовать в течение длительного времени, наличие съемного аккумулятора в Samsung GALAXY S4. Помимо привычных акселерометра, сенсоров освещенности и приближения, компаса и гироскопа, Samsung оснастила свой новый флагман множеством разнообразных сенсоров, включая датчики атмосферного давления, температуры и влажности. Стоит также отметить ИК-порт, превращающий смартфон в универсальный пульт ДУ и возможность подключения внешних дисплеев по MHL 2.0.