骁龙820处理器采用高通自主定制的Kryo架构，性能相比骁龙810提升两倍，时钟频率可达2.2GHz，并首次引入14位Spectra影像处理器和Heterogeneous信号处理器，支持2800万像素摄像头和4K超清视频摄录和播放以及4K分辨率屏幕。
图像处理性能方面，基于全新的Adreno 530 GPU，全面支持OpenGL ES 3.1+ AEP、OpenCL 2.0 Full、Vulcan、RenderScript、64位虚拟寻址DirectX 11.2、硬件曲面细分、几何着色器、可编程混合，图像处理性能相比采用Adreno 430 GPU的骁龙810提升40%，且功耗更低。
与此同时，骁龙820还整合了X12 LTE基带，兼容兼容LTE FDD、LTE TDD、WCDMA (DB-DC-HSDPA/DC-HSUPA)、TD-SCDMA、CDMA 1x/EVDO、GSM/EDGE频段，支持Cat12、Cat13标准，理论上下行速率分别为150Mbps和600Mbps，峰值下载速率比采用X10 LTE几代的骁龙810提升33%。
WiFi无线方面，整合高通VIVE 802.11ac，三频段Wi-Fi，2x2 MU-MIMO(多用户多入多出)，蓝牙4.1，NFC，支持Wi-Fi高清语音、视频通话，Wi-Fi质量实时监控。
续航方面，骁龙820引入了Quick Charge 3.0技术，相比Quick Charge 2.0充电效率提升38%，且充电效率4倍于普通充电器。

2016年3月，现在有分析人士在微博上爆料称，现在骁龙820未税价60多美金，也就是说成本价至少400元以上。并强调，骁龙820机型目前卖1999元肯定没什么利润，就靠后面降成本了。