Az S4 processzort a 28 nm-es technológiához tervezték. Az új processzor két alkalmazásorientált 1,5 GHz-es Krait magot  tartalmaz, amely az ARM Cortex A9 mag Qualcomm változata. A dokumentum szerint a magok új 11-fokozatú szállítószalagot tartalmaznak, amely ciklusonként három utasítást képes indítani. Ezzel a  növekménnyel az új processzor 60%-kal nagyobb teljesítményt szállít mint a jelenleg használt Snapdragon lapka.

 A magok és az L2 gyorsító-tár egymástól eltérő feszültséggel és órajellel is dolgozhatnak, ami – a Qualcomm szerint - 25-40 % energiamegtakarítást biztosít. A lapka tartalmaz egy továbbfejlesztett Qualcomm grafikus magot – Adreno 225 – is. Az Adreno 225 GPU 50%-kal nagyonbb teljesítményű és kétszer nagyobb sávszélességgel rendelkezik mint a jelenleg használt Qualcomm grafikus mag. Az új GPU támogatja a DirectX 9.3 technológiát és a Windows 8 operációs rendszert.

 A MSM 8960 jelű processzor-lapka többsávú rádió adó-vevőt is tartalmaz, melynek frekvenciája 700 és 2600 MHz között van. A frekvencia 20 MHz-es lépésekben változtatható. A rádió a Bluetooth 4.0, FM, GPS, és 802.11n Wi-Fi sávokat támogatja.