该款耳机采用了双平衡电枢单体设计，也就是我们平常俗称的双单元动铁耳机，其中一个为X11i中所搭载的KG-926动铁驱动单元，负责中低音的输出。另一是最新开发的被称之为“Super Tweeter”的KG-125动铁驱动单元，用来强化高频部分，在这两个单体的配合工作下，实现更加优质的音频输出。此外，为降低内部噪音干扰，耳机内部还配备了低通滤波器，使交叉频率保持在了10kHz，已拥有更高抗扰能力，也借此来提高低频的表现效果，使得Reference X20i的低频更加结实有力。
耳机在外观方面依旧延续了X11i超细圆形的腔体设计理念，只不过在双动铁设计的加持下，X20i的直径较X11i小有上浮。腔体依旧由高强度的不锈钢制成，拥有超强的耐用性及良好的外观质感。同样也配有Klipsch自家独有的椭圆形耳塞，其所具备的良好的隔音效果及长时间佩戴的舒适性则无需再多言。考虑到耳机线材损坏的问题，Reference X20i同样加入了可换线设计，但与一般动铁耳机的线材接口被放置在耳机腔体底部所不同，Klipsch出人意料的将接口设计在了耳机线上，并采用了比接口尺寸更加细小的旋入式SMMCX接口。这可能是由于耳机腔体过为细小的原因，因此只能选择将换线接口由上移至耳机线，算是达到了异曲同工之妙。
