系統方面，小米手機4并沒有搭載傳說中的MIUI V6，而是需要用戶自行升級。小米4原生搭載的是MIUI V5版，基于Android 4.4.3操作系統，具體版本號為4.7.22，更新日期正好是發布會的當天。在去年的發布會上，小米首次對外公開MIUI的WIFI密碼分享功能，但后來由于產生了很大的很爭議而宣布停止。此次，小米與WiFi服務提供商邁外迪合作，小米手機可在2萬多個公共場所免費使用WiFi，在有邁外迪WiFi覆蓋的地方，小米手機會提示并一鍵連接網絡。
魅族MX4搭載的系統為最新的Flyme4.0，該版本系統為各應用設計了個性化色彩方案，控件顏色也隨之變化。為內容服務，Flyme 采用全新字體及實時區域模糊，主次信息在清晰與模糊中自由交替。保障視覺體驗一致，Flyme 重繪1000+應用圖標、100+通知圖標、500+常用網站圖標及700+輕應用圖標。Flyme4.0系統級語音系統，海量生活服務，收錄超過 15000條魅族手機及 Flyme 系統的相關問題。生活瑣事？手機操作？還是你僅僅想聊天？Flyme 語言助手，正等著你呼喚。
