Avec un poids de 130 grammes pour 11,5mm d'épaisseur, Nexus One se compose d'un large écran tactile OLED de 3,7 pouces, d'un processeur à 1GHz et d'un appareil photo 5 mégapixels capable de filmer des vidéos mais dépourvu de zoom.
Le "superphone" fonctionne sur Android 2.1, la dernière version du système d'exploitation mobile de Google qui comprend des innovations telles que des fonctions de reconnaissance vocale permettant à l'utilisateur de manipuler l'appareil à partir de la voix au lieu de se servir du clavier.