小米手机采用的是MIUI系统。MIUI是小米公司旗下基于安卓系统深度优化、定制、开发的第三方手机操作系统，也是小米的第一个产品。从2010年8月16日首个内测版发布至今，MIUI目前已经拥有国内外2、8亿用户，覆盖55种语言，支持142个国家与地区。MIUI在安卓系统基础上，针对中国用户进行了深度定制。如MIUI拨号与短信、MIUI安全中心、小米消息推送服务、应用双开与系统分身、MIUI天气、小米云服务等等。并且MIUI开发团队会在MIUI论坛上直接与用户交流，接收用户反馈并持续改进系统，让用户参与到系统开发中来。MIUI大版本每年更新一次，2017年7月26日，推出最新版本MIUI9。小版本主要分为稳定版与开发版，稳定版不定期更新，开发版每周五更新。