Kamera Mi 4K Action využívá čip Ambarella A12S75 pro poskytování kvalitního videa a fotografií. Nová generace programu Image Sensor Pipeline (ISP) podporuje 3D redukci šumu fotografií a korekci zkreslení objektivu. Sedmdílná čočka obsahuje nízkou disperzní čočku s dalším infračerveným IR filtrem. Snímač Sony IMX317 využívá masivní 1,62μm k zachycení více světla a zajišťuje vysoce kvalitní video a fotografie i při slabém osvětlení.
Elektronická stabilizace obrazu (EIS) je technika vylepšení obrazu, která využívá elektronické zpracování. Mi 4K Action s vestavěným 3-osím gyroskopem Bosch BMI160 IMU a 3osým akcelerometrem pro zachycení hladkých a stabilních snímků.