性能方面，iPhone XS系列配备了最新的苹果A12 Bionic处理器（以下简称苹果A12）和iPhone历史上的最大内存，继承了iPhone一贯的“性能怪兽”传统，保持了目前对安卓阵营的性能优势并进行了性能的针对性补足。
苹果A12是首款运用在量产机型上的7nm SoC，也是目前性能最强的手机SoC，除了性能提升之外，对此前苹果A11 Bionic的弱点，如GPU性能、AI运算能力和机器学习能力方面进行了重点的补足，是目前最为强悍的“水桶神U”。就凭这一点，就可以俘获“性能党”的心了。
苹果A12拥有69亿个晶体管，包括6核CPU、4核GPU和针对AI表现能力的Neural Engine（神经网络引擎）。CPU方面，苹果A12采用了自研的Fusion结构，分2个大核和4个小核，其中大核性能较上一代提升15%，可节省40%的功耗；小核则可节省50%的功耗。较上一代，苹果A12的GPU性能提升了50%，支持多层渲染和无损压缩。
内存方面，iPhone XS系列的运存为4GB，存储则有64GB、256GB和512GB三个版本。