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加热后慢慢打开后盖就能看到，小米CC9 Pro的内部并不是常规的三段式布局。内部左侧大量空间都留给了五摄镜头模组，边框侧键开槽部分增加了支架保护，能够起到一定的密闭作用，防尘防泼溅。电池上方堆叠了NFC线圈和大面积的导热石墨。
拆开左侧的主板盖板便能看到内部结构，主板区和电池呈左右布局。副板位于机身内部右上方，通过FPC同主板相连。右下方是等效1cc的超大体积音腔，外放响度相较前代CC9提升一倍。右侧5260mAh大容量电池几乎占据了机身内部大半空间，采用易撕贴同中框固定。
卸下后置相机保护盖板就能看到一亿像素五摄的“真容”，其中最显著的无疑是中间巨大的一亿像素超清主摄。镜头盖板上集成了激光对焦模组，通过FPC同主板相连。激光对焦不仅提升暗光对焦速度，更能辅助判断环境AWB，让拍照的白平衡更准更接近人眼所见。
按照说明慢慢撕下易撕贴就能分离电池。电池下方堆叠摆放了全新一代超薄屏下光学指纹模组。以往屏下光学指纹必须同电池错位摆放，一定程度上限制了电池的容量。而小米CC9 Pro上采用的全球首款超薄屏下光学指纹，由于Z轴空间占用极小，不挤占电池空间，可以同电池堆叠摆放，电池容量更大。另一方面，无需和电池错位摆放，指纹识别区有更多的选择空间，可以放在更加顺手的地方。而以往为了保证不过多挤占电池空间，屏下指纹模组需要尽量放在更靠近底部的位置，用起来不够顺手。
另外，小米CC9 Pro在电池上增加了Battery Sense电芯监测回路，能够精准监测电芯的电压，规避了电池保护电路阻抗带来的误差，提高充电效率的同时也更加安全。
全球首款超薄屏下光学指纹识别模组厚度约0.3mm，比1角硬币更薄。通过采用全新的微透镜+微准直技术，集合准直器方案和透镜方案两者的优势。在每个准直孔的上方都集成了微镜头，通过微镜头获取足够丰富的指纹信息，这些光线进入微准直孔后，其他方向的干扰光线会被准直孔过略掉，最终指纹模组接收到进光量充足、信噪比高、图像清晰的指纹信息。不仅质量高易于识别解锁，抗干扰能力也很强。在室外强光下、低温以及干手指等不良环境下的解锁成功率大幅度提升。
主板区域的重头戏是相机模组，首先1亿像素超清镜头是小米联合三星定制的HMX，支持光学防抖，手机少有的7P镜头设计，尊享版更是多达8P镜头。还支持像素4合1技术，暗光环境下可以获得更充足的进光量，夜拍也清晰。
10倍混合变焦镜头同样支持OIS光学防抖，保证拍摄远处时也能获得良好的防抖效果。而50mm经典人像镜头是同小米8主摄相同规格的1200万相机，1.4μm大像素支持Dual-PD双核对焦。
主板采用“L”型的异形主板，正面以射频芯片和电源管理芯片为主，背面排布高通730G SoC和内存闪存堆叠。小米CC9 Pro支持多功能NFC，采用了小米9/9 Pro同款的SN 100T芯片。而全新的电荷泵充电管理芯片的加入，配合Mi-FC高速充电技术，让小米CC9 Pro的30W疾速闪充能获得不输常规40W的高速充电体验，65分钟即可充满5260mAh大电池。
工程师通过全新的内部空间布局，不断尝试调优，将一亿像素五摄四闪这样的庞大的相机模组、5260mAh超大容量电池、NFC以及等效1cc大体积外放音腔都整合到机器内部。这就是小米CC9 Pro的内部的“真容”，一款足够Pro却又和CC9完全不同的，拍照旗舰。