小米10S的提升点之一就是在性能上，其在处理器方面进行了切实的升级。小米为该机配备了高通骁龙870处理器，存储上采用的是LPDDR5+UFS 3.0，从规格上来说并非是最顶级的但足够高端，并且要比小米10的性能更强悍。
小米10S所使用的骁龙870处理器，采用的是7nm工艺技术打造，其可以看做是高通骁龙865 Plus的升级版本，在架构上经过了更为深度的定制。增强版的Kryo 585 CPU，依然采用了1+3+4的核心组合， Cortex-A77超大核的主频高达3.2GHz，单核性能提升了12%，多核性能也有着5%的提升。图形方面则采用了增强版的Adreno 650 GPU，性能上同样比小米10所采用的骁龙865更具优势。
在性能提升的同时，小米10S也注重散热表现，在内部覆盖了3000平方毫米的液冷VC，大面积的立体散热支持下，小米10S在性能的持久输出上表现出色。
小米10S在安兔兔评测中的跑分成绩轻松超过66万分，存储跑分超过53000分，这些分数在室温环境中跑出，并且仅使用系统默认的选项，可以说是小米10S的平均表现，普通大众用户均能跑出这样的优秀表现。
再来看游戏方面的表现，这里我们选择的是游戏《原神》，其对于手机性能的要求非常苛刻，测试中我们打开极限画质，开启60帧高帧率模式，并且不使用任何辅助散热设备进行测试。小米10S在游戏过程中运行流畅，大部分场景能够稳定跑在60帧，平均帧数53.6帧，即便是在蒙德城中的复杂高负载场景下，也能够稳定的运行在50帧的流畅度。而最令人满意的是，小米10S在这种极限画质下，依然能够对温度进行不俗的控制，橫置的手持部分没有任何发烫的感觉。
