チップにはApple A9を採用、パフォーマンスはCPUが70%、GPUが90%向上したとしている。バッテリー駆動時間が向上したほか、各種センサーの常時起動性能の向上も計られ、Siriが常時起動状態となりいつでも「Hey Siri」と呼びかけることでSiriを呼び出すことが可能となった。指紋認証システムのTouch IDも第2世代となり、指紋認証が従来よりも高速化している。

外見上はiPhone 6 Plusとほぼ同じであるが、ケースにApple WatchSportsでも使用されたアルミニウム7000シリーズが採用され、強度は前世代比較で2倍以上と言われている。その反面、厚さが0.2mm、重量が20g増加している。フロントガラスはイオン強化ガラスを採用。またカラーバリエーションは従来のシルバー、ゴールド、スペースグレイと、新たにローズゴールドが加わった4色となる。

ディスプレイは新たに「3D Touch」という新たな機能が追加されている。これはディスプレイの裏面に圧力センサーを内蔵し、押し込む動作を感知できるようになった。またApple Watchでも用いられている「Taptic Engine」を内蔵することで、押し込んだ動作を感知すると振動として押した感触を伝えることができるようになっている。これによりメールでは一覧で軽く押し込む事でプレビュー表示をし、さらに深く押し込むと全体表示ができる、メールなどに書かれているURLを軽く押し込むとそのWebサイトのプレビューができる、同様に住所を軽く押し込むとその場所の地図のプレビューが表示される。