電動技術
特斯拉ModelS整輛車包含了250項專利。其全鋁車身兼顧了輕量化與高強度特性，除了車身外，其前後懸架大部分材料也採用鋁材。後懸架採用低成本擠壓件，但其強度卻與成本高昂的鍛件相同，前懸架採用中空球關節相比傳統的實心球關節要降低25%，當然這也是在保證球關節強度的前提下。
燃效
在美國洛杉磯東部邊緣至內華達州拉斯維加斯的212英里測試中，ModelS達到118mpge等同燃效，當開啟空調並以勻速行駛了313英里後，其達到了74.5mpge等同燃效。帶著4766重的身軀，ModelS的百公里加速時間為4.0秒，最高時速為133英里/時。
動力
電動機位於兩個後輪之間，使整車的重心降低了17.5英寸，前後重量分佈為47/53。電動機採用感應交流發電，它的優點在於無需昂貴的稀土金屬作為原材料。該車具備三種不同的電池組規格，容量分別為40千瓦時、60千瓦時、85千瓦時，所支援的行駛里程分別為140英里、200英里和265英里。85千瓦時電池組配備的電動機最大功率達到362馬力，峰值扭矩達到325磅英尺。電池採用松下供應的鎳鈷鋁電池，並在特斯拉的美國加利福尼亞廠組裝，電池型號為18650NCA，單顆電池的容量為3100毫安時。這種電池容量和內阻在1000次充放電後都保持著相對穩定的水平。特斯拉ModelS高效能版車型的電池組由7000多顆電池組成，因此它的續航里程非常長。
充電
ModelS的充電方式共有5種，透過普通220V和110V城市電源充電要30小時充滿；採用單級10千瓦充電器SingleCharger要10小時充滿；雙級20千瓦充電器為5小時；利用在停車場或住宅附近的高功率強充電器同樣可以實現5小時充滿電；最後只有在北美才配備的超級充電器裝置supercharger能夠在45分鐘內充至80%的電量。
安全
安全方面，由於電動機的瞬時扭矩響應非常快，因此其可根據路況作出非常快速的反應，穩定控制和防抱死制動系統則與內燃機車採用不同的調校。前懸架採用雙叉臂式，後懸架採用多連桿式。電機後置配合後輪驅動以及牽引力控制系統使得整車的操控效能非常出色。由於ModelS並沒有使用傳統的燃油發動機，所以車前的潰縮吸能區能夠最大程度地最佳化。ModelS的大梁採用的是雙8邊型導軌設計，能極好地吸收衝擊能量。而部分關鍵區域的高強度鋼應用也提高了乘員的安全。
當碰撞發生時，電池的外部結構保護電池內部免受衝擊，會自動切斷電源，堅固的外殼體新增了車廂的強度，減少碰撞時發生的形變，同樣也起到保護乘坐人員的效果。另外，全車共有8處安全氣囊，可以保護乘客的頭部、肩部、胸部、膝部等重要部位。
外觀內飾
前通用設計師WayneCherry認為ModelS的整體設計偏於保守，不過同時他指出其精美的比例和線條顯得非常和諧，他指出唯一的不足就是前臉部分並沒有鮮明的特色，有點類似瑪莎拉蒂。
ModelS的動力總成部分結構相對較緊湊，這也使得車艙空間更大，延伸至車尾的輪廓線更為平滑。後備箱容量為63.4立方英尺，與雪佛蘭Equinox的63.7立方英尺相差無幾。同時，雖然身為兩廂車，但其卻擁有三排座椅。
內飾中最具特色的是其超大面積觸控屏，使用者能夠非常愜意地控制空調、導航、音響系統以及汽車轉向、懸架、制動能量回收系統的設定。所有的功能均透過觸屏實現，無需實體按鈕，另外，觸屏採用電容屏而不是電阻屏，眾所周知電容屏的操控感要勝於電阻屏。
