Về thiết kế, Motorola Moto X40 5G sử dụng khung viền bằng nhôm series 7000, 2 bề mặt phủ kính cường lực Gorilla Glass Victus. Kích thước của máy lần lượt là 161,2x74x8,6 mm, trọng lượng 199 g. Cảm biến vân tay quang học tích hợp bên trong màn hình.
Moto X40 5G đạt chuẩn kháng bụi, kháng nước IP68. Nhờ đó, nó có thể ngâm nước ở độ sâu 1,5 m trong 30 phút. Máy dùng chuẩn Wi-Fi 6e, không có jack cắm tai nghe 3,5 mm. Smartphone cao cấp này có 2 loa ngoài, tích hợp công nghệ âm thanh Dolby Atmos.
Motorola Moto X40 5G được trang bị màn hình OLED 1 tỷ màu với kích thước 6,7 inch, độ phân giải Full HD Plus (2.400x1.080 pixel) cho mật độ điểm ảnh 393 ppi. Màn hình này chia theo tỷ lệ 20:9, tích hợp dải màu DCI-P3, công nghệ HDR10+, tần số quét 165 Hz.
Cung cấp sức mạnh cho Motorola Moto X40 5G là chip Qualcomm Snapdragon 8 Gen 2 (4 nm) lõi 8 với xung nhịp cao nhất 3,2 GHz, GPU Adreno 740. RAM LPDDR5X đi kèm bộ nhớ trong UFS 4.0 nhưng không có khay cắm thẻ microSD. Hệ điều hành Android 13, tuỳ biến trên giao diện MYUI 5.0.
Dung lượng pin của Motorola Moto X40 5G ở mức 4.600 mAh, tích hợp công nghệ sạc nhanh TurboPower với nguồn ra 125W, chuẩn sạc Power Delivery 3.0. Nhờ đó, nó chỉ mất 7 phút để sạc từ 0-50%, sạc nhanh không dây 15W, sạc có dây 5W cho thiết bị khác.
Motorola Moto X40 5G có 3 camera sau. Trong đó, cảm biến chính 50 MP, khẩu độ f/1.9 với công nghệ lấy nét theo pha kép, chống rung quang học (OIS). Ống kính thứ hai 50 MP, f/2.2 mang tới góc rộng 117 độ. Cảm biến tele 12 MP, f /1.6 giúp zoom quang 2x. Máy ảnh selfie 60 MP, f/2.2. Cả camera trước và sau đều có khả năng quay video 4K.