iPhone 3G S的外观设计和上一代产品iPhone 3G完全相同，整机、屏幕尺寸没有进行任何修改，重量从133g略微增加到135g。而在内部，iPhone 3G S对硬件配置进行了全面升级。根据苹果在发布会上的说法，iPhone 3G S启动短信应用程序的速度是iPhone 3G的2.1倍，载入《虚拟城市》游戏的速度是2.4倍，浏览Excel附件3.6倍速度，载入纽约时报网页是2.9倍速度，其他各种应用的速度也都是iPhone 3G的两倍以上。另外，iPhons 3G S还支持OpenGL ES 2.0标准，支持7.2Mbps 3.5G HSDPA高速网络。
摄像头应用是iPhone 3G S的最大功能革新，虽然从表面看和上代产品没有什么区别。但iPhone 3G S的摄像头已经升级到300万像素，最近对焦距离10cm，提升了低照明条件下的拍摄表现。支持自动对焦，拍摄时也可以通过触摸选择对焦对象。
更重要的是，iPhone 3G S支持VGA分辨率30FPS视频拍摄，视频拍摄过程中提供自动对焦，自动曝光和自动白平衡。用户可直接在手机内对视频进行剪辑，上传至YouTube、MobileMe共享或通过彩信、电邮发送。另外，苹果还提供了摄像头应用API，第三方软件开发者可以将拍照和视频拍摄功能集成在自己的软件中。
iPhone 3G S的其他新特性还包括：
语音控制功能，按住Home键（或线控中键）一秒钟即可启动。语音拨号可直接说出号码或通讯录内的人名，而iPod音乐播放的语音控制功能则更为强大。用户可以用多种命令控制音乐播放，如：“播放甲壳虫乐队歌曲”，“播放我的最爱列表”等，也可以说：“现在播的是什么歌”，甚至“播放和现在这首歌类似的歌曲”，所有语音命令都将得到人工语音回复。语音控制功能支持多种语言，其中中文语音就包括大陆中文、台湾中文和粤语。
内置数字指南针，可通过集成在Google Maps中实现更多应用，也支持第三方软件API使用。
支持辅助选项，如读屏、屏幕放大、反色显示等。其他新特性还包括：支持Nike+耐克计步器功能。针对企业用户支持硬件数据加密、远程擦除、加密iTunes备份等。
