有効1200万画素の2/3型X-Trans CMOS IIと、35mm判換算28～112mm、F2～2.8の光学4倍ズームを搭載する。画像処理はEXR Processor IIが受け持つ。レンズは非球面3枚とED2枚を含む9群11枚で、金属鏡胴に手動ズームリングを備える。^{2公式 富士フイルムX20 使用説明書1公式 富士フイルム香港FUJIFILM X20 香港公式発表}

光学ファインダーには、新開発のデジタルトランスパネルを加えた。厚さ1mm未満のパネルを使い、シャッター速度、絞り、ISO感度、AFエリアをファインダー内へ表示する。表示は通常時の黒、暗所での緑色LED、警告時の赤というように、状況によって色を変える仕組みだった。^{1公式 富士フイルム香港FUJIFILM X20 香港公式発表}

ファインダーはレンズのズームに連動し、視野率は85%。アイセンサーも備える。光学像で構図を確認する方式を保ちながら、撮影に必要な数値やピント位置を同じ視野内で確認できるようにした。^{1公式 富士フイルム香港FUJIFILM X20 香港公式発表}

撮像素子はX-Trans配列を採用し、光学ローパスフィルターを省いた。AFには、条件に応じて撮像面位相差とコントラスト方式を切り替えるインテリジェントハイブリッドAFを搭載する。マニュアルフォーカス時のピーキングも加え、撮影センサーとピント合わせの機能を同時に更新した。^{1公式 富士フイルム香港FUJIFILM X20 香港公式発表}

富士フイルムはデジタルトランスパネルを、光学ファインダーから目を離さずに連続して撮影するための情報表示と説明した。ズームに連動する光学像の中へ設定を示すことで、構図を見ている視線を保ったまま撮影情報を読む仕組みである。^{1公式 富士フイルム香港FUJIFILM X20 香港公式発表}

手動ズームについては、迅速で正確な構図決めを訴求した。鏡胴のリングを回して焦点距離を選び、連動する光学ファインダーで構図を確認する関係に、新しい情報表示を加えている。スーパーマクロではレンズ先端から約1cmまで近づけるが、これは通常の撮影とは別の近接機能となる。^{1公式 富士フイルム香港FUJIFILM X20 香港公式発表2公式 富士フイルムX20 使用説明書}

レンズ側では7枚の絞り羽根を用い、ぼけの形に配慮したと説明している。また、5枚のレンズ群を動かす光学式手ぶれ補正を採用した。画像処理には、回折などの光学的な影響を抑えるレンズモジュレーションオプティマイザーを組み込む。レンズの機構と処理の両方から撮影を支える構成だった。^{1公式 富士フイルム香港FUJIFILM X20 香港公式発表}

連写は1200万画素で最高毎秒12コマ、最大11枚と公表された。仕上がりを選ぶフィルムシミュレーションは10種類あり、PRO Neg.StdとPRO Neg.Hiも含む。記録はRAF RAWとRAW+JPEGに対応し、撮影時に仕上がりを選ぶ方法と、RAWを残す方法を備えている。^{1公式 富士フイルム香港FUJIFILM X20 香港公式発表2公式 富士フイルムX20 使用説明書}