Trong khi Z5 Compact dày 8,9 mm thì Z5 và Z5 Premium mỏng hơn, "số đo" lần lượt là 7,3 mm và 7,8 mm.
Mặt sau trên hai model cao cấp có thiết kế bóng bẩy. Cả ba đều có camera sau 23 megapixel, f/2.0, góc rộng 24 mm cùng hệ thống lấy nét tự động 192 điểm. Nhà sản xuất cũng hứa hẹn tốc độ lấy nét 0,03 giây.
Thay đổi dễ nhận ra về ngoại hình trên dòng Z5 so với các model Xperia Z trước là nút nguồn đượt làm dạng bản dẹt. Công ty Nhật Bản đã tích hợp cảm biến vân tay vào phím bấm này.
Bộ ba Xperia Z5 đều có khả năng chống nước tiêu chuẩn IP68, cho phép hoạt động dưới độ sâu 1,5 mét với thời gian 30 phút. Mặc dù vậy, cổng microUSB và giắc âm thanh 3,5 mm trên thiết bị không cần nắp đậy.
Z5 Premium là model gây ấn tượng nhất trong loạt sản phẩm mới khi được trang bị màn hình 4K. Với độ phân giải 2.160 x 3.840 pixel cho kích cỡ 5,5 inch, model này đạt mật độ điểm ảnh trên 800 ppi.
Z5 Premium trở thành smartphone đầu tiên trên thế giới sở hữu màn hình 4K. Sony cũng trang bị công nghệ tự tăng độ phân giải lên 4K với các video không đạt chuẩn này bao gồm cả các video cá nhân hoặc trên Netflix, Youtube.
Cả ba sản phẩm đều chạy chip Snapdragon 810, bộ nhớ trong 32 GB, trong đó Z5 và Z5 Premium có RAM 3 GB, còn Z5 Compact có RAM 2 GB. Các sản phẩm dự kiến bán ra trong tháng 10 nhưng mức giá chưa được công bố.
