Sony Xperia Z5 działa w oparciu o chipset Qualcomm MSM8994 Snapdragon 810. To 8-rdzeniowy procesor (4×1.5 GHz Cortex-A53, 4×2.0 GHz Cortex-A57) i układ grafiki Adreno 430, które mają zapewniać wydajność w wymagających aplikacjach, a także grach. Urządzenie posiada 3 GB pamięci RAM i 32 GB pamięci wbudowanej. Tę ostatnią można tymczasem dodatkowo rozszerzyć przy pomocy kart microSD o pojemności do nawet 256 GB.