LG G2 sử dụng bộ vi xử lý lõi tứ Snapdragon 800 của Qualcomm đạt tốc độ 2.3 GHz, RAM 2 GB, bộ nhớ trong 16/32 GB tùy theo phiên bản. Pin của máy thuộc loại "khá khủng" khi lên tới 3.000mAh.

LG G2 chạy trên Android 4.2.2 với bộ giao diện tùy biến Optimus UI đặc trưng của các máy LG. Thường thì đối với một máy Android, nếu giao diện được hãng tùy biến quá nhiều thì sẽ dẫn đến hậu quả máy có tốc độ phản hồi chậm, không nhanh như giao diện Android gốc mà Google đưa ra. Tuy nhiên trên G2, bộ giao diện Optimus đã không đủ nặng để có thể làm khó con chip Snapdragon 800 mà LG trang bị cho máy.
Về camera, LG G2 sở hữu cảm biến 13 MP được trang bị công nghệ chống rung quang học, hỗ trợ quay video Full HD với tốc độ 60 khung hình/giây, ứng dụng chụp ảnh theo kèm của máy cung cấp đến 12 chế độ chụp khác nhau gồm Normal, Shot and Clear (xóa chi tiết thừa khỏi ảnh), HDR, Panorama, VR Panorama, Beauty shot, Dual camera shot, Night scene, Sports, Time Catch shot và Intelligent Auto mode. Camera 13 MP kèm đèn flash LED của LG G2 có khả năng chụp ảnh với chất lượng tốt nhất trong số các smartphone có camera cùng độ phân giải. Cụ thể là ảnh chụp thu được nhiều chi tiết đẹp, ít nhiễu, màu sắc và cân bằng trắng rất chính xác.