O Nexus 5 já sai de fábrica com o Android 4.4 (Kit Kat) em sua forma pura, sem interferências do fabricante, como já é tradição dos dispositivos da linha Nexus. Ele também deve ser o primeiro celular a receber as atualizações do sistema operacional, já que os updates não precisam passar pelas mãos da empresa responsável pela produção.

Em relação às configurações, ele é um dos aparelhos mais rápidos do mercado: conta com chip Snapdragon 800, o mesmo usado no Galaxy Note 3, no LG G2 e no Xperia Z1, os aparelhos mais potentes do mercado atualmente, além de 2 GB de memória RAM.

A tela também é muito boa, com resolução Full HD e 445 pixels por polegada, preenchendo uma área de 4,95 polegadas, protegida pelo Gorilla Glass 3, da Corning, que deve proporcionar maior resistência a riscos.

A câmera, de 8 megapixels, teve uma evolução em relação ao modelo do ano anterior. O Google afirma que as novas lentes permitem uma melhor captura de luz em ambientes escuros e imagens em movimento. Além disso, a câmera frontal é de 1,3 MP.