Главной святыней монастыря является крест с частицей Честного Древа Господня, по преданию подаренный императором Романом I Лакапином. Крест помещён в золотой оклад с драгоценными камнями. Он содержит самую большую из сохранившихся частиц Честного Древа (длина – 31 см, ширина – 16 и 12 см). В Ксиропотаме хранятся честные главы новомучеников Николая (1672 г.), Авксентия (1720 г.) и Христоса Садовника (1748 г.), частицы мощей Севастийских мучеников, великомученика Прокопия, св. Авксентия, священномученика Игнатия Богоносца, священномученика Григория, епископа Великой Армении, великомученика Меркурия, преподобного Андрея Критского, царевича Индийского Иоасафа, мученицы Соломонии, священномученика Харалампия, великомученика Параскевы, великомученика Пантелеимона, мученицы Фотины Самаряныни, апостола Варфоломея, преподобного Нила Мироточивого, мученицы Христины, святителя Иоанна Милостивого, патриарха Александрийского, святителей Иоанна Златоуста и Василия Великого. С именем императрицы Пульхерии связано несколько реликвий более позднего происхождения. Никодим Павлович Кондаков датировал XII в. «золотой нагрудник царицы Пульхерии» – тройной складень-тельник из золота, украшенный по лицевым сторонам камнями и жемчугом, с резными изображениями великомучеников Георгия и Димитрия в рост; вместе с ним почитали крест, собранный из зёрен ливана и смирны (даров, принесённых волхвами Младенцу), – вклад Мары, дочери сербского деспота Георгия (Джураджа) Бранковича. К числу редких образцов византийской литургической утвари и памятников камнерезного дела принадлежит панагиар (артосная панагия), известный под названием «дискос Пульхерии» (XIV в., надпись на серебряной оправе XVIII в.). Это резное блюдо из зеленоватого стеатита, укреплённое на металлическом подножии. Его поверхность представляет собой многофигурную композицию: в центральном медальоне изображена Богоматерь типа «Воплощение» в рост (подпись: «Великая Панагия») и кадящие архангелы Михаил и Гавриил. В ближайшем к центру круге под арками расположены участники Небесной литургии: по сторонам от Христа Священника и престола Этимасии – ангелы в диаконских одеждах, несущие утварь и покровы; в верхнем ярусе – коленопреклонённые апостолы. Н.П. Кондаков считал панагиар работой монастырских, а не константинопольских мастеров. Монастырское предание приписывает целебное свойство «дискосу Пульхерии»: вода, оставленная в нём на ночь, к утру меняла цвет, её поверхность покрывалась пузырьками, и она использовалась как противоядие от змеиных укусов. К числу наиболее распространённых иконографических изводов на иконах Ксиропотама принадлежит изображение сорока Севастийских мучеников, которым посвящена эта обитель. Их образ встречает входящих в монастырь, икона для поклонения размещена в кафоликоне. Все эти композиции восходят к византийским протографам и имеют дополнения. На иконе критской школы (около 1563 г.) резная орнаментальная рамка разделяет поле на две части: в верхней показана Эпитафия (лежащее на смертном ложе тело Спасителя в окружении ангелов), в нижней – сорок мучеников, над ними – Христос Еммануил в небесном сегменте, над аркой – летящие архангелы.