המכשיר מגיע עם מערכת האנדרואיד 4.4.2 (KitKat), עם ממשק ה-TouchWiz של סדרת הגלקסי אשר עבר מעט שינויים לעומת גרסתו הקודמת, וכולל תכונות הקיימות בגלקסי S4, כגון Smart Stay, S-Voice ו-Smart Scroll. המכשיר החדש כולל גם סורק טביעות אצבע. בניגוד לקודמיו, הקשה ממושכת על מקש הבית תפעיל את Google Now, בעוד שהקשה כפולה תפעיל את S-Voice. למכשיר יש תמיכה בכל רשתות ה-LTE בעולם במדינות תומכות, וכן רשתות דור 3 ו-GSM הישנות יותר. בדצמבר 2014 החל המכשיר לקבל את העדכון לאנדרואיד לוליפופ באירופה, ובאפריל 2015 החל לקבל את העדכון גם במזרח התיכון ובישראל.
למכשיר יש מסך 5.1 אינץ' בטכנולוגיית Super AMOLED Full HD המספק צפיפות פיקסלים של 432ppi. חלקו הקדמי של המכשיר מצופה בזכוכית גורילה גלאס 3 עמידה בפני שריטות וגוף עמיד בפני מים ואבק בתקן IP67, מצלמת 16 מגה פיקסל בגבו עם טכנולוגיה המתמקדת ב-0.3 שניות ומבזקLED, ו-2 מגה פיקסל בקדמתו. למכשיר החדש התווסף מצב צילום HDR ויכולת לראות את השפעת HDR בתמונה לפני שצולמה. כמו כן ישנה יכולת לשפר מחדש את מיקוד התמונה לאחר שצולמה. המכשיר יכול למדוד לחץ דם. למכשיר יש חיישן למדידת דופק וחיישן למדידת צעדים אשר נמצאים בצדו האחורי של המכשיר ליד המבזק ופועלים כשהאצבע נוגעת בהם זמן מה, סורק טביעות אצבע הנמצא בלחצן הבית ומאפשר לפתוח את הטלפון, לנעול יישומים מסוימים ולשלם בו במקום הקלדת מספר האשראי, זיהוי פנים ופקודות קוליות. בנוסף יכול המכשיר לזהות קולות של תינוק.
המכשיר כולל מעבדסנאפדרגון 801 מרובע ליבות במהירות 2.5GHz, או בדגם השני מעבד מתומן ליבות Exynos 5 Octa עם 4 ליבות 1.6GHz ו-4 ליבות במהירות 1.2GHz. הזיכרון הפנימי של המכשיר הוא 16 או 32GB הניתן להרחבה באמצעות כרטיס SD. למכשיר סוללה בנפח 2,800 מיליאמפר שעה, שכוללת מצב חיסכון קיצוני בסוללה שיכול להפוך את תצוגת המסך לשחור-לבן, לכבות את כל הקישוריות ולהפוך את המכשיר לשיחות ו-SMS בלבד. במצב זה עשרה אחוזים מהסוללה ייגמרו בתוך כיממה. גב המכשיר עשוי מפלסטיקפוליקרבונט מוקשח בגימור מנוקד ודמוי עור. המכשיר תומך ב-WiFi בתקן AC 802.11. בלוטות' 4.0, שבב NFC (תקשורת טווח אפס), חיישן אינפרא-אדום שיכול לשמש כשלט למכשירים שונים כגון טלוויזיה או מזגן, DVD ועוד. וחיבור Micro USB 3.0 לטעינה וחיבור למחשב. ממדיו של הגלקסי S5 הם: 142 מ"מ אורך, 72.5 מ"מ רוחב ו-8.1 מ"מ עובי, והוא נמכר בצבעים לבן, כחול, שחור וזהב. בדומה לקודמיו ה-Galaxy S3 וה-S4 המכשיר תומך בכיסויים חכמים[1][2].
הדעות חלוקות לגבי הגלקסי S5. הביקורת הייתה שהגלקסי S5 אינו חדשני, ובסך הכל שדרוג קל לגלקסי S4[3]. האכזבה נבעה מהשמועות שקדמו להשקה שציפו לעיצוב חדש לחלוטין, 3GB ראם, מעבד 64 ביט, ממשק חדש ורזולוציית 2560×1440. לעומת זאת היו ביקורות ששיבחו את ה-S5 על הביצועים של המעבד החדש, יכולות הצילום, וכן הגוף המוקשח שעמיד בפני מים, אבק ושריטות במסך.
