Mẫu smartphone mới Nexus 5X được Google cài sẵn phiên bản mới nhất Android 6.0 Marshmallow trước khi xuất xưởng. Dưới lớp kính cường lực bảo vệ Gorilla Glass 3 của Nexus 5X là màn hình IPS LCD có kích cỡ 5.2-inch và độ phân giải Full HD 1080p, cho mật độ điểm ảnh đạt 424 ppi. Bên trong Nexus 5X được đóng gói chip xử lý 6 nhân Snapdragon 808, 2GB RAM và tích hợp chip đồ họa Adreno 418 GPU, cùng với 2 tùy chọn bộ nhớ trong 16GB hoặc 32GB (không có khe cắm mở rộng thẻ nhớ microSD).
Nexus 5X được trang bị camera chính phân giải 12.3MP dùng cảm biến ảnh có kích cỡ 1.55µm pixel size kèm ống kính khẩu độ f/2.0 cho phép quay video chuẩn 4K (2160p@30fps), hỗ trợ lấy nét bằng laser. Hơi đáng tiếc khi LG và Google không mang tính năng chống rung quang học OIS lên Nexus 5X. Camera trước của Nexus 5X có độ phân giải 5MP.
So với người tiền nhiệm, Nexus 5X mỏng hơn với kích thước tổng thể 147 x 72.6 x 7.9mm, nhưng lại nặng hơn một chút (136g so với 130g). Đó có thể chính là do việc Nexus 5X sử dụng pin trong có dung lượng cao hơn (2.700mAh so với 2.300mAh), và được bổ sung thêm cảm biến nhận dạng dấu vân tay được bố trí ở nắp lưng. Google gọi đó là công nghệ Nexus Imprint.
Ngoài khả năng mở máy, Nexus Imprint còn hỗ trợ giải pháp thanh toán điện tử di động Android Pay giống như Apple Pay hay Samsung Pay. Tốc độ nhận dạng dấu vân tay của Nexus 5X đạt 600ms và nhờ khả năng tự học sau mỗi lần nhận dạng cho nên Nexus Imprint càng nhanh hơn theo thời gian. Một đặc điểm mới nữa trên Nexus 5X chính là Google đã chuyển sang sử dụng cổng tiêu chuẩn USB Type-C thế hệ mới.
Nexus 5X sẽ cho phép đặt hàng ngay sau thời điểm ra mắt với giá bán 379.99 USD (tương đương 8 triệu đồng) cho tùy chọn 16GB bộ nhớ trong, tại các thị trường Mỹ, Anh, Hàn Quốc, Nhật Bản và Ireland. Phiên bản Nexus 5X 32GB có giá bán cao hơn với 429 USD (tương đương 9 triệu đồng).