Motorola Atrix 4G được trang bị bộ xử lý lõi kép Tegra 2 của Nvidia với mỗi lõi chạy ở tốc độ 1 GHz, 1 GB bộ nhớ RAM kết hợp với hệ điều hành Android 2.2 trên giao diện người dùng MotoBlur UI.

Motorola Atrix 4G trang bị màn hình qHD (quaterHD) rộng 4 inch với độ phân giải hỗ trợ 960 x 540 pixel cùng 24 bit màu sắc (16,2 triệu màu), 16 GB bộ nhớ lưu trữ và đầu xuất tín hiệu HDMI. Điện thoại này có một camera 5 megapixel tự động lấy nét với đèn Flash LED tích hợp ở phía sau và một camera VGA ở phía trước hỗ trợ cuộc gọi thoại có hình. Điện thoại này cũng hỗ trợ kết nối WiFi 802.11 n trên băng tần 2,4 GHz và 5 GHz, đi kèm tính năng đọc vân tay để mở khóa điện thoại nhằm nâng cao thêm bảo mật cho máy.

Atrix 4G chỉ mỏng 11 mm, tích hợp pin dung lượng lớn 1.930 mAh cung cấp 9 giờ đàm thoại và thời gian chờ là 250 giờ (khoảng 10,4 ngày).

Motorola Atrix 4G hỗ trợ 4 băng tần GSM và 3 băng tần WCDMA, bao gồm HSDPA lên đến 14,4 Mbps. AT&T sẽ phát hành smartphone mạnh nhất này trong quý I-2011.