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iPhone 3G S的外观设计和上一代产品iPhone 3G完全相同，整机、屏幕尺寸没有进行任何修改，重量从133g略微增加到135g。而在内部，iPhone 3G S对硬件配置进行了全面升级。根据苹果在发布会上的说法，iPhone 3G S启动短信应用程序的速度是iPhone 3G的2.1倍，载入《虚拟城市》游戏的速度是2.4倍，浏览Excel附件3.6倍速度，载入纽约时报网页是2.9倍速度，其他各种应用的速度也都是iPhone 3G的两倍以上。另外，iPhons 3G S还支持OpenGL ES 2.0标准，支持7.2Mbps 3.5G HSDPA高速网络。
摄像头应用是iPhone 3G S的最大功能革新，虽然从表面看和上代产品没有什么区别。但iPhone 3G S的摄像头已经升级到300万像素，最近对焦距离10cm，提升了低照明条件下的拍摄表现。支持自动对焦，拍摄时也可以通过触摸选择对焦对象。
更重要的是，iPhone 3G S支持VGA分辨率30FPS视频拍摄，视频拍摄过程中提供自动对焦，自动曝光和自动白平衡。用户可直接在手机内对视频进行剪辑，上传至YouTube、MobileMe共享或通过彩信、电邮发送。另外，苹果还提供了摄像头应用API，第三方软件开发者可以将拍照和视频拍摄功能集成在自己的软件中。
语音控制功能，按住Home键（或线控中键）一秒钟即可启动。语音拨号可直接说出号码或通讯录内的人名，而iPod音乐播放的语音控制功能则更为强大。用户可以用多种命令控制音乐播放，如：“播放甲壳虫乐队歌曲”，“播放我的最爱列表”等，也可以说：“现在播的是什么歌”，甚至“播放和现在这首歌类似的歌曲”，所有语音命令都将得到人工语音回复。语音控制功能支持多种语言，其中中文语音就包括大陆中文、台湾中文和粤语。
内置数字指南针，可通过集成在Google Maps中实现更多应用，也支持第三方软件API使用。
支持辅助选项，如读屏、屏幕放大、反色显示等。其他新特性还包括：支持Nike+耐克计步器功能。针对企业用户支持硬件数据加密、远程擦除、加密iTunes备份等。
iPhone 3G S直接预装iPhone OS 3.0操作系统，而旧版iPhone通过升级iPhone OS 3.0也能够支持的新功能包括：
iTunes影视商店，可直接从手机登陆网上商店购买或租看电影、电视剧集等。
联机共享上网功能，通过USB或蓝牙连接，无需额外软件即可让电脑通过iPhone网络连接上网。该功能需要运营商支持，目前苹果合作伙伴中已有22家支持，但美国独家合作伙伴AT&T并不在列。
家长控制，所有视频和软件都可定义级别，由家长设置孩子在手机中可接触的信息。
Find My iPhone功能，结合苹果的MobileMe云计算服务，随时随地登录浏览器即可定位手机所在位置。如果就在附近，可以发送信息强制其播放铃声。而如果已经丢失，可以远程擦除所有数据。
其他iPhone OS 3.0新功能还包括之前宣布过的推送提醒、复制粘贴、彩信支持、蓝牙快速互联、Google Maps增强，以及更多语言支持、表格自动完成、语音备忘功能等。iPhone OS 3.0将于6月17日发布，iPhone用户可免费升级，iPod touch则需收费9.95美元。而付费开发会员今天就可以拿到最终正式版本进行最后的测试，并开始设定自己软件的家长控制级别。
