Le cœur de l'X-H2S est le capteur X-Trans CMOS 5 HS de 26,16 mégapixels, qui permet un traitement du signal quatre fois plus rapide par rapport à la génération de capteurs précédente. Il est complété par le processeur X-Processor 5, qui traite les informations d'image fournies par le capteur à une vitesse encore plus élevée. Le boîtier de l'appareil photo a été conçu pour évacuer rapidement la chaleur générée par le capteur et le processeur. Cela permet une durée d'enregistrement nettement plus longue, allant jusqu'à 240 minutes en qualité 4K/60p. Le ventilateur optionnel FAN-001 assure un refroidissement supplémentaire du boîtier et permet une durée d'enregistrement prolongée même à des températures ambiantes élevées.