撮像素子は有効約2012万画素、23.5×15.6mmのAPS-C CMOS。KAF2マウントを採用し、KAF3、KAF2、KAF、KAレンズに対応する。ファインダーはガラスペンタプリズム式で、視野率約100％、倍率約0.95倍となる。可動液晶を備えても、光学ファインダーで撮影する構成は残している。^{2公式 リコーイメージングPENTAX K-S2 主な仕様}

手ブレ補正はセンサーシフト式のSRを搭載し、同じ機構を使うローパスセレクターでモアレ低減にも対応する。センサーを動かす仕組みに、ブレ補正とモアレを抑える二つの役割を持たせた。^{2公式 リコーイメージングPENTAX K-S2 主な仕様}

背面液晶は3.0型約92.1万ドットのバリアングル式で、エアギャップレス構造と強化ガラスのカバーを採用した。本体は幅122.5×高さ91×奥行72.5mm、重量は本体618g、電池とSDカード込み678gである。小型の外形に、向きを変えられる画面を収めている。^{2公式 リコーイメージングPENTAX K-S2 主な仕様}

AFはSAFOX Xの11点で、中央9点がクロスセンサー、低輝度の下限は-3EV。連写は最高5.5コマ/秒で、ISO100時の連続撮影枚数はRAWで9枚、JPEGで30枚となる。RAWは12-bitのPEFまたはDNGを選べ、RAW+JPEG記録にも対応する。^{2公式 リコーイメージングPENTAX K-S2 主な仕様}

Kシリーズで初めてバリアングル液晶と無線LANを内蔵した。同時に、K-S1で省かれていた防塵防滴とハイパー操作系を復活させたと発売時レビューは説明する。新しい撮影・通信機能を加えるだけでなく、従来のPENTAX機にあった装備を戻す変更も行った。^{1レビュー デジカメ Watch新製品レビュー K-S2 外観・機能編}

自分撮りでは、液晶を前向きにすると天面のWi-Fiボタンがシャッターボタンに切り替わる。画面を撮影者側へ向けられるようにしただけでなく、その状態で押すボタンの位置まで対応させた工夫である。無線LANは802.11b/g/nに対応し、NFCも端末との連携を支援する。^{2公式 リコーイメージングPENTAX K-S2 主な仕様}

AFの低輝度下限はK-S1の-1EVから-3EVへ広がった。可動液晶と無線機能に加え、暗い条件でAFを使える範囲も更新した。^{1レビュー デジカメ Watch新製品レビュー K-S2 外観・機能編}

新しいキットレンズ18-50mm F4-5.6 DC WR REは、沈胴方式と防滴構造を採用し、レンズ内にDCモーターを持つ。ボディだけを小さくするのではなく、持ち運ぶ際のレンズの長さにも手を入れた。防塵防滴の本体に、防滴のレンズを組み合わせるキットとなる。^{1レビュー デジカメ Watch新製品レビュー K-S2 外観・機能編}

K-S2は携帯時のボディを小さく保ちながら、大きめのグリップ、回転液晶、防塵防滴を組み合わせた設計である。小型化のために液晶を固定するのではなく、可動機構を持たせた上で外形をまとめた。メーカーは発表時、防塵防滴の一眼レフという条件で世界最小を訴求していた。^{1レビュー デジカメ Watch新製品レビュー K-S2 外観・機能編}

回転液晶を前へ向けた際にWi-Fiボタンへシャッター機能を割り当てる工夫は、外形と操作の関係をよく示している。通常の構えで使うボタン配置をそのまま流用せず、自分撮り時に押しやすい位置を使った。画面の可動範囲とボタンの役割を合わせて考えた設計だった。^{1レビュー デジカメ Watch新製品レビュー K-S2 外観・機能編}

持ち歩く組み合わせでは、沈胴式キットレンズが本体の小型化を補う。ボディ側の防塵防滴とレンズ側の防滴をそろえ、撮影時の操作と収納時の大きさの両方に手を入れた。光学ファインダーを持つ一眼レフの形を保ちつつ、画面の向きと無線連携を加えた構成である。^{1レビュー デジカメ Watch新製品レビュー K-S2 外観・機能編}