Дизайн смартфонів виглядає практично ідентично, з тією різницею, що Pixel оснащений дисплеєм діагоналлю п'ять дюймів, а Pixel XL – 5,5 дюйма. Корпус смартфонів виконаний з металу, а на задній панелі розміщується скляна вставка. Там же розміщується і сканер відбитків пальців.
У звичайному Pixel встановлений 5-дюймовий дисплей з роздільною здатністю Full HD, тоді як роздільна здатність екрану 5,5-дюймового Pixel XL становить 2560х1440. В обох випадках дисплеї виконані за технологією AMOLED. Пристрої обладнані чотирьохядерним процесором Snapdragon 821, чотирма гігабайтами оперативної пам'яті і 32 або 128 гігабайтами основної.
Камери пристроїв мають роздільну здатність 8 і 12 мегапікселів, двухтоновий спалах і систему лазерного автофокусу.
Раніше повідомлялося про те, що додаток Google Maps для мобільних пристроїв навчилося самостійно обчислювати ймовірний пункт призначення у режимі навігації. Для визначення найбільш ймовірного пункту призначення функція Driving Mode аналізує історію попередніх маршрутів та історію пошукових запитів. Після того, як додаток визначить ймовірне місце прибуття, навігатор буде видавати стандартну в таких випадках інформацію про час у дорозі, щільності потоку і можливі маршрути.