Perangkat ini datang dengan berbagai kelebihan baru dibandingkan dengan iPhone generasi sebelumnya, yaitu dari segi kamera dan juga prosesor.
1. Prosesor 64-bit. iPhone 5S disebut menjadi smartphone pertama di dunia yang dilengkapi prosesor 64 bit dalam bentuk chip Apple A7. Apple mengklaim bahwa prosesor ini memiliki kinerja olah data dan grafis dua kali lebih kencang dibandingkan pendahulunya, Apple A6 pada iPhone 5.
Apple turut menyiapkan sistem operasi iOS 7 berikut aplikasi-aplikasi yang mampu memanfaatkan arsitektur 64-bit dari iPhone 5S. Ponsel ini juga mampu menjalankan judul-judul software 32-bit yang didesain untuk pendahulunya.
2. Prosesor pendamping untuk memantau sensor gerak. Di samping prosesor utama A7, Apple juga turut membenamkan prosesor pendamping bernama M7. Tugasnya adalah secara khusus menangani input dari berbagai macam sensor di iPhone tersebut, termasuk accelerometer, gyroscope, dan kompas.
Prosor pendamping ini mengurangi beban pemrosesan dari prosesor utama dan membuka kemungkinan pemanfaatan oleh aplikasi-aplikasi navigasi dan kesehatan, misalnya Nike+ Move.
3. Kamera "iSight" baru. Unit kamera pada iPhone 5S memiliki sensor yang ukurannya 15 persen lebih besar dibandingkan pendahulunya. Sensor yang lebih besar ini turut memperbesar ukuran tiap-tiap fotodioda (pixel) yang pada gilirannya meningkatkan kualitas foto yang dihasilkan.
Konsep ini mirip dengan teknologi "Ultrapixel" dari HTC. Tetapi, Apple tidak memangkas ataupun meningkatkan resolusi kamera, tetapi tetap mempertahankan angkanya di 8 megapixel.
Kelengkapan lain yang tak kalah menarik adalah lampu flash dengan dua warna yang secara otomatis mampu menyesuaikan keluaran white balance dari flash sehingga selaras dengan kondisi cahaya lingkungan.
Selain itu, ada juga kemampuan merekam video slow-motion dengan frame rate 120 FPS pada resolusi 1280 x 720.
4. Pemindai sidik jari. Fitur yang satu ini berkaitan dengan keamanan. iPhone 5S mampu memanfaatkan sidik jari pengguna sebagai pengganti password untuk melakukan login, termasuk dalam membuka kunci lockscreen pada iPhone.
Layanan-layanan Apple seperti iTunes juga mendukung otentifikasi pengguna melalui pemindaian sidik jari.
Sensor sidik jari pada iPhone 5S terintegrasi pada tombol "Home" di bagian muka. Kini tombol ini dibuat dari bahan safir yang anti-gores dan mampu memindai sidik jari pengguna dari berbagai arah.
