Корпус часов, как и некоторые внутренние элементы, изготовлены из переработанного алюминия. Основной Google Pixel Watch 2 стал процессор Snapdragon Wear 5100, работающий в тандеме с сопроцессором Cortex M33. Объем оперативной памяти составляет 2 ГБ, накопительной — 32 ГБ.
Смарт-часы оснащены тремя датчиками, позволяющими более точно следить за состоянием здоровья. Они измеряют температуру тела и частоту сердечных сокращений, следят за качеством сна и предупреждают пользователя, когда пульс отклонился от нормы. Также в часах присутствует датчик cEDA (непрерывная электродермальная активность), который позаимствован у фитнес-трекеров Fitbit. Он мониторит уровень стресса.Интерфейсе тренировок должен помогать людям, ведущим активный образ жизни, в достижении поставленных спортивных целей. Полезной функцией стала возможность задавать алгоритм действия часов при определенных условиях. Например, если человек упал, часы могут спросить, все ли в порядке. А если ответ долго не поступает, устройство отправит сообщение в экстренные службы с геометкой.
В часах установлены специально разработанные для них версии мобильных приложений от Google — «Кошелек», «Карты», «Календарь» и голосовой помощник. Поддержка Fast Pair позволяет легко сопрягать часы с любыми устройствами экосистемы Google. Что касается автономности, то заряда батареи хватает на сутки с включенной функцией Always On Display. Полная зарядка занимает 75 минут.