Helio X20采用独特的三集群big.LITTLE架构，集成包括2颗频率高达2.3-2.5GHz的Cortex-A72核心，另外还集成了4颗2GHz的Cortex-A53核心以及再另外4颗1.4GHz的Cortex-A53核心。其图形处理器采用ARM Mali-T880 MP4，运行频率达到700MHz。
相比传统的双集群big.LITTLE架构，Helio X20的三集群设计更加精细，能够更具体地分配各个核心的处理任务。其中，Cortex-A72核心负责超高负荷运算，高频的Cortex-A53核心处理较为复杂的任务，而低频的Cortex-A53核心则辅助运行，以降低整体功耗。
据了解，Helio X20对各类功能有着广泛的支持，包括最高分辨率达到25601600的屏幕、4K视频解码和30fps的视频录制、慢动作视频功能、相位对焦技术，以及最高可达2500万像素的摄像头。而Native3D 2.0技术则能够为用户带来更为立体的三维图像体验。
需要注意的是，Helio X20的内存和网络支持相比其他竞品略有不足。它仅支持双通道LPDDR3 933MHz内存和Category 6 LTE网络，与骁龙810的双通道LPDDR4 1600MHz内存和Category 9 LTE网络相比，存在一定的差距。