vivoS9在正面配备了一块6.44英寸2400x1080像素AMOLED屏幕，内置屏下指纹，熄屏状态下解锁速度为0.38秒。vivoS9在硬件配置全方位升级的情况下仍刷新了vivo最薄5G手机的纪录，子夜蓝配色机身厚度仅为7.35mm，重量仅有173g。配合全新的直边式金属中框设计和中框两侧钻石切割工艺所带来的明暗光线变化，整机视觉也更显纤薄。
　　vivoS9前置采用4400万像素AF主摄+800万像素的前置超广角人像镜头的组合，广角范围可达105°。为了彻底摆脱光线的限制，实现极夜环境下的自拍，vivoS9在软硬件多个方面进行了大幅升级。首先，vivoS9使用的新一代前置主摄的感光能力比前代提高12%，且具有更为出色的色彩还原表现。其次，vivoS9国内首创微缝式柔光灯，通过“造光”的方式进一步摆脱黑夜的限制。
　　vivoS9将两颗LED柔光灯巧妙地隐藏在屏幕上方的听筒两侧，在拍照时对人脸进行立体补光，即使在极夜环境下人脸仍清晰且受光均匀。这两颗隐藏式柔光灯孔径为1mm，不占据任何屏幕空间，不使用时完全感受不到它的存在。
　　后置方面，vivoS9延续了前代6400万像素主摄镜头、800万像素超广角镜头以及200万像素微距镜头的搭配方案，新增OIS光学防抖。相较前代手持拍摄更为稳定，画面不易模糊，拍摄夜景时可延长曝光时间，配合vivo自研黑光夜视算法，获得更佳的影调和画面。
　　性能方面，vivoS9首发旗舰级处理器联发科天玑1100，这颗芯片采用6nm工艺制程，S9安兔兔跑分高达60万分，超越前代85%。vivoS9采用UFS3.1高速闪存，配备VC超薄均热板，内置4000mAh容量电池，辅以33W闪充方案，运行OriginOS系统。