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富士X20搭載了1200萬像素2/3英寸的X-Trans CMOS II傳感器和EXR Processor II處理器，分辨率提高20%，同時噪點下降30%。X20內部取消了低通濾鏡，因此可以得到非常乾淨的畫面，配合新款處理器，即使在高感光度下也可以將噪點控制在較低水平。
富士X20搭載了4倍光學變焦鏡頭，最大光圈f/2.0-2.8，採用9組11片結構，包括3枚非球面鏡片和2枚超低色散鏡片，並採用了富士龍HT-EBC鍍膜以減少眩光和鬼影的出現，同時採用了相當於4級快門的光學防抖系統，具有7片光圈葉片。此外，富士X20還擁有峯值對焦功能，以方便攝影師進行手動對焦操作。超級微距模式可在1釐米距離實現合焦。
