此次Pixel 9系列在外型上如同传闻般进行了重新设计，背面的长条式相机模组设计改为椭圆形设计。全系列机型皆搭载最新的Tensor G4处理器，开启应用程式或浏览网页等日常使用需求的功能体验变得更加快速、流畅。Google硬体与Google DeepMind团队共同设计并优化了Tensor G4处理器，使最新的AI模型能够在其上运行。Tensor G4是第一款能够运行多模态Gemini Nano模型的处理器，能帮助手机理解文字、图像与音讯内容。同时，Pixel 9系列手机的记忆体也全面升级，Pixel 9配备12GB，Pixel 9 Pro和Pixel 9 Pro XL则为16GB。
在Pro机型上，今年首次推出了两种尺寸，分别是具备6.3吋萤幕的Pixel 9 Pro以及6.8吋萤幕的Pixel 9 Pro XL。两款手机皆使用雾面玻璃背盖搭配抛光金属边框，为整体增添更具质感的时尚外型。除了显示萤幕尺寸和电池容量外Pixel 9 Pro与Pixel 9 Pro XL拥有相同的规格和功能。
Pixel 9 Pro与Pixel 9 Pro XL使用Super Actua显示萤幕，亮度最高可达3,000nit，除了能呈现更鲜艳的画面细节外，即使在艳阳高照的环境也能清楚展示萤幕内容。同时，Pixel 9 Pro与Pixel 9 Pro XL使用4,200万像素且支援自动对焦的前镜头，在低光源的环境下也能拍出清晰动人的自拍照。
Pixel 9使用6.3吋Acuta萤幕亮度相比前一代增加35％，最高可达2,700nit。在相机体验上，Pixel 9使用了与Pro系列相同的主镜头与超广角镜头，超广角镜头相比前一代从1,200万画素提升至4,800万画素，让使用者在拍照时能够捕捉更广阔的画面，同时保留更多细节。此外，Pixel 9的前置镜头也支援自动对焦，可以更轻松拍出亮眼自拍照。除了硬体升级，Pixel 9系列手机都会获得7年的作业系统、功能推送以及安全性更新。
自Gemini应用程式支援繁体中文体验后，台湾使用者可以用手机以文字、语音或加入图片的方式来问问题并寻找解答，还可透过扩充功能连结Gmail、YouTube、Google地图等 Google 应用程式来获取资讯，省下寻找时间。在今年的Google I/O 开发者大会上，还介绍了Gemini Live，让使用者能够用更为自然对话方式与Gemini互动。Gemini Live将在 Pixel 9 Pro系列与指定Android手机装置上推出英文版本，并让订阅Gemini Advanced的使用者抢先体验这项功能，接下来几周内会扩大支援更多语言。
Pixel 9系列将加入全新的「一起拍」功能，透过AI技术合成两张拥有相同背景与角度的照片，拼接成一张所有人都在画面内的完美合照，解决了「指定摄影师」无法出现在照片中的困扰。还有「自动构图修正」与「AI 编辑功能」则进一步提升了拍摄后的创作自由度，使用者可以透过「自动构图修正」在拍摄后重新调整照片的画面构图，让照片变得更有故事性；而「AI 编辑功能」则让使用者透过文字叙述来重新想像照片呈现的内容，达成想要的创意效果。
Pixel Pro系列的「影片强化器」功能今年也再升级，所有机型都可享受到比去年处理夜视模式影片快两倍的提升速度。在全新Pixel 9 Pro与 Pixel 9 Pro XL 上，使用全新的5倍望远镜头拍摄影片并搭配影片强化器，能拍摄出等同于20倍变焦的高画质影片。
Pixel 9 Pro、Pixel 9 Pro XL用户将获得一年免费的Google One AI进阶版方案订阅，这段期间内可抢先体验全新Gemini Live功能 (目前仅支援英文)、使用Gemini Advanced (已支援繁体中文) 以及2TB的云端储存空间。Pixel 9将推出曜石黑、陶瓷米、嫩芽绿、莓果粉四款颜色，售价$26,490元起，将于8月22日正式上市；Pixel 9 Pro与Pixel 9 Pro XL推出曜石黑、陶瓷米、雾灰色、石英粉四款颜色，售价分别为$33,490元与$39,990元起，同样自8月22日起陆续上市。
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