Moto X оснащен 4,7-дюймовым дисплеем с разрешением 1280 x 720 пикселей (316 ppi), 2 ГБ оперативной памяти, 16 или 32 ГБ встроенной флэш-памяти (без поддержки microSD), основной камерой от OmniVision с разрешением 10 МП (размер матрицы — 1/2,6 дюйма) и фронтальной на 2 МП, обе из которых поддерживают формат Full HD, поддержкой Bluetooth 4.0, USB 2.0, 802.11a/b/g/n/ac, NFC, GPS и ГЛОНАСС, обладает стандартным гнездом для подключения наушников и слотом для SIM-карт формата nano-SIM. Moto X оснащен 8-ядерным процессором фирменной разработки Motorola — X8 Mobile Computing System. Процессор включает 2 ядра Qualcomm Snapdragon S4 Pro с частотой 1,7 ГГц, 4 ядра графического ускорителя Adreno 320 и два собственных ядра Motorola, одно из которых отвечает за распознавание речи, а второе — за управление встроенными в смартфон датчиками.