系统方面，Nexus 5采用了同期发布的Android 4.4 KitKat操作系统，这也是谷歌最新的Android系统，虽然版本号仍停留在4.X，但是从名称后缀上我们已经看出，Android 4.4已经不再叫JellyBean，所以从官方的角度上来说，这应该是一次大版本的更新。
但事实上，Android 4.4与Android 4.3相比，改动并不是非常大，也不是非常多，所以这可能也是版本号并没有进入5.0的原因之一(之前一直猜测谷歌下一次发布的Android系统版本为5.0)。
应用图标融入更多扁平化元素（左为Nexus 5）
Android 4.4与Android 4.3底栏对比(上为Nexus 5)
Android 4.4最大的变化应属图标，相比以往Android 4.4加入了更多扁平化的元素，并且图标的尺寸也有所增加，这让主屏幕比以往显得更加充实、紧凑。除此之外，在主界面Android 4.4的屏幕上边框和下方虚拟键的部分都采用了渐变的设计，不再是以往的大黑边，在视觉效果上更容易令人接受，而且也让屏幕显得更大。
解锁界面会有专辑封面
除此之外，如果用户当前正在播放音频或者视频，当屏幕关闭后再次点亮屏幕时，专辑的封面会显示在解锁界面，而且也可以解锁界面控制歌曲进度及播放等。另一方面，谷歌加强了环聊软件的整合性，无论是SMS(文字短信)还是MMS(彩信)都会在环聊中显示出来，以往的短信应用在Android 4.4中已经没有了踪影。
语音指令开启Google Now
除了这些较明显的改动以外，Android 4.4还有一些细小的改动。事实上，虽然Nexus 4目前采用的是Android 4.3操作系统，但是身为Nexus系列手机，Nexus 4一定会尽快更新Android 4.4操作系统，而且目前已经有很多国外第三方ROM团队放出了适配Nexus 4的Android 4.4，所以这些系统层面的对比在Nexus系列手机上显得并不是很关键。
