Das Motorola Atrix 2 wird von einem Dual-Core-Prozessor angetrieben, dessen zwei Kerne wie beim Motorola Atrix mit jeweils 1 Gigahertz takten und dem 1 Gigabyte Arbeitsspeicher zur Seite stehen. Früheren Gerüchten zufolge soll der Prozessor des Atrix 2 von Texas Instruments (OMAP4) und nicht von Nvidia (Tegra 2) stammen, in einem ersten Datenblatt von AT&T zu dem neuen Gerät fehlt diese Angabe.
Als Betriebssystem kommt beim Atrix 2 Android 2.3 Gingerbread zum Einsatz, der interne Speicherplatz von 8 Gigabyte kann per wechselbarer Speicherkarte im microSD-Format um bis zu 32 Gigabyte ergänzt werden.Das Display des neuen Smartphone-Modells ist allerdings größer als beim ersten Atrix, und das Gerät ist mit einer höher auflösenden Kamera ausgerüstet. Der kapazitive TFT-Touchscreen des Motorola Atrix 2 misst 4,3 Zoll in der Diagonale, bietet aber nur die gleiche Auflösung von 960 x 540 Pixel wie die Vorgängervariante.
Die Kamera des Atrix 2 löst 8 Megapixel auf und nimmt Videos in HD-Qualität (1.080p bei 30 Bildern pro Sekunde) auf. Auch ein HDMI-Anschluss mit Mirror Mode ist an Bord, so dass beispielsweise das gleiche Bild sowohl auf dem Handydisplay als auch auf dem Fernsehbildschirm zu sehen ist.
Für mobile Datenübertragungen unterstützt das neue Quadband-GSM-Smartphone neben GPRS und UMTS auch den Datenturbo HSPA+ für Übertragungen mit bis zu 21 Megabit pro Sekunde im Downstream. Für den Internetzugriff an Hotspots beherrscht das Gerät den WLAN-n-Standard. Wie das Atrix wird auch das neue Modell mit Hilfe einer Dockingstation, die aus Bildschirm, QWERTZ-Tastatur, Touchpad und Akku besteht, zu einem Quasi-Netbook. Prozessorkraft, Speicher und Funkverbindungen liefert in diesem Fall das Smartphone.