Doté d'un processeur quadricoeur Snapdragon S4 Pro et de 2Go de RAM, l'Xperia Z est le premier smartphone à intégrer la full HD (1080 x 1920p) et un écran cinq pouces pouvant capturer des vidéos en High Dynamic Range et des photos en 13 Mégapixels. Les combinés Sony ont souvent été critiqués par la passé pour leur retard technologique par rapport aux autres téléphones tournant sous Android, surtout les Samsung, même si la qualité de leur design a été soulignée. Pour son nouvel appareil, la firme a donc décidé de mettre le paquet sur la technologie proposée, d'où son écran proche de l'HDTV, les fonctionnalités vidéos avancées et la performance de ses prises de vues photos.
De plus, Sony a incorporé la technologie Battery Stamina, qui prolonge la durée de vie de la batterie du combiné en fermant automatiquement les applis très consommatrices d'énergie lorsque le téléphone est en veille. L'entreprise souligne aussi la résistance de son smartphone, qui en plus d'être doté d'une protection contre la poussière, est complètement étanche. Il résiste en effet à une immersion en eau douce (à 1 m de profondeur) pendant 30 minutes.
Comme tous les derniers produits Sony, l'Xperia Z est doté de fonctionnalités NFC permettant de partager sans fil du contenu avec d'autres appareils Sony comme les Smart TV, les enceintes sans fil et les tablettes, tout en offrant la connectivité 4G/LTE. Ce smartphone de 7,9mm d'épaisseur sortira à travers le monde au premier semestre 2013 et sera livré avec le système d'exploitation Android 4.1. La mise à jour 4.2 Jelly Bean lui emboîtera le pas peu après.