Moto Pen Ultra omogućava otvaranje omiljenih alata jednim dodirom i označavanje snimaka ekrana bez napuštanja aplikacije. Sadržaj može da se dopuni beleškama, istakne ili iz njega izdvoji tekst, dok Sketch to Image u moto ai Image Studio pretvara skice u slike. Unutrašnji LTPO pOLED ekran kombinuje 2K rezoluciju, osvežavanje od 120 Hz i HDR10+ sa prikazom preko milijardu nijansi boja i maksimalnom osvetljenošću od 6200 nita. Spoljni ekran od 6.56" ima osvežavanje od 165 Hz i maksimalnu osvetljenost od 6000 nita. Oba ekrana imaju Pantone Validated sertifikat, a spoljni ekran zaštićen je staklom Corning Gorilla Glass Ceramic 3.

Osmojezgarni procesor radi na frekvenciji do 3.8 GHz, uz Qualcomm Adreno A829 grafiku. LPDDR5X RAM memoriju dopunjuje RAM Boost, koji omogućava do 16 GB dodatne RAM memorije, dok 512 GB UFS 4.1 interne memorije služi za čuvanje sadržaja. Tečno hlađenje odvodi toplotu tokom rada sa više zadataka, igranja i strimovanja, a telefon koristi Android 16.

Glavna i periskopska telefoto kamera imaju optičku stabilizaciju slike, dok ultraširokougaona kamera sa vidnim poljem od 122.1° omogućava snimanje širokih kadrova i finih detalja uz Macro Vision. Preklopni format omogućava korišćenje zadnje kamere za selfije i postavljanje telefona u režim šatora za grupne snimke bez upotrebe ruku. Za selfije su dostupne i spoljna kamera od 20 MP i unutrašnja kamera od 32 MP. Sistem kamera ima DXOMARK Gold priznanje, uz Pantone Validated Color i Pantone SkinTone Validated za prikaz boja i tonova kože.

Silicijum-ugljenična tehnologija omogućava smeštanje baterije kapaciteta 6000 mAh u tanko preklopno kućište. TurboPower punjenje od 80 W obezbeđuje energiju za više od 12 sati rada za manje od 10 minuta punjenja. Telefon podržava i bežično punjenje snagom od 50 W.