iPhone 4S搭载的A5双核处理器采用45nm制程工艺，配备512MB RAM，其CPU运算速度较前代A4芯片提升2倍，图形处理性能达到7倍增长。该处理器在GeekBench测试中取得619分，相较iPhone 4的374分实现64%的性能跃升，Linpack测试峰值达172.85，较前代提升318%。GPU方面采用PowerVR SGX543图形芯片，在GPUTest测试中支持60FPS下渲染340个粒子特效，较iPhone 4的40个粒子提升7.5倍。

苹果历代旗舰处理器性能表现呈现显著迭代趋势：

1. A17 Pro（3nm工艺）：集成190亿晶体管，支持硬件级光线追踪，GPU性能较A16提升20%

2. A16（4nm工艺）：6核CPU架构，单核性能达1874分，多核5372分

3. A15（5nm工艺）：5核GPU配置，神经网络引擎算力15.8TOPS

4. A14（5nm工艺）：相较A13 CPU提升40%，GPU提升30%

5. A13（7nm工艺）：AI算力达3.5TOPS，较前代提升3倍

6. A12（7nm工艺）：GPU性能较A11提升30%，功耗降低50%

7. A11（10nm工艺）：6核CPU设计，性能提升50%

8. A10 Fusion（16nm工艺）：四核架构，运行速度较前代翻倍

在移动处理器天梯图中，A5芯片处于中端位置。其单核性能约为当代旗舰处理器的1/15（以A17 Pro为基准），GPU性能差距扩大至1/20。但考虑到2011年的技术背景，该处理器仍保持同期领先地位：其单核性能超过同期安卓阵营80%的双核芯片，图形处理能力较三星Galaxy S II的Mali-400 MP4提升4倍。

实际应用数据显示，iPhone 4S在运行《愤怒的小鸟》等主流游戏时帧率稳定60FPS，较iPhone 4的45FPS提升33%。多任务处理能力支持同时运行Siri语音助手、地图导航和音乐播放，内存占用率维持在70%以下。电池续航方面，3.7V 1432mAh电池可维持8小时连续视频播放，较前代延长1小时。