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，其前后懸架大部分材料也采用鋁材。后懸架采用低成本擠壓件，但其強度卻與成本高昂的鍛件相同，前懸架采用中空球關(guān)節(jié)相比傳統(tǒng)的實心球關(guān)節(jié)要降低25%，當(dāng)然這也是在保證球關(guān)節(jié)強度的前提下。
燃效
在美國洛杉磯東部邊緣至內(nèi)華達州拉斯維加斯的212英里測試中，ModelS達到118mpge等同燃效，當(dāng)開啟空調(diào)并以勻速行駛了313英里后，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
電動機位于兩個后輪之間，使整車的重心降低了17.5英寸，前后重量分布為47/53。電動機采用感應(yīng)交流發(fā)電，它的優(yōu)點在于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(guī)格，容量分別為40千瓦時、60千瓦時、85千瓦時，所支持的行駛里程分別為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。電池采用松下提供的鎳鈷鋁電池，并在特斯拉的美國加利福尼亞工廠組裝，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(nèi)阻在1000次充放電后都保持著相對穩(wěn)定的水平。特斯拉ModelS高性能版車型的電池組由7000多顆電池組成，因此它的續(xù)航里程非常長。
充電
ModelS的充電方式共有5種，通過普通220V和110V城市電源充電需要30小時充滿；采用單級10千瓦充電器SingleCharger需要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(xiàn)5小時充滿電；最后只有在北美才配備的超級充電器裝置supercharger能夠在45分鐘內(nèi)充至80%的電量。
安全
安全方面，由于電動機的瞬時扭矩響應(yīng)非?？欤虼似淇筛鶕?jù)路況作出非?？焖俚姆磻?yīng)，穩(wěn)定控制和防抱死制動系統(tǒng)則與內(nèi)燃機車采用不同的調(diào)校。前懸架采用雙叉臂式，后懸架采用多連桿式。電機后置配合后輪驅(qū)動以及牽引力控制系統(tǒng)使得整車的操控性能非常出色。由于ModelS并沒有使用傳統(tǒng)的燃油發(fā)動機，所以車前的潰縮吸能區(qū)能夠最大程度地優(yōu)化。ModelS的大梁采用的是雙8邊型導(dǎo)軌設(shè)計，能極好地吸收沖擊能量。而部分關(guān)鍵區(qū)域的高強度鋼應(yīng)用也提高了乘員的安全。
當(dāng)碰撞發(fā)生時，電池的外部結(jié)構(gòu)保護電池內(nèi)部免受沖擊，會自動切斷電源，堅固的外殼體增加了車廂的強度，減少碰撞時發(fā)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(nèi)飾
前通用設(shè)計師WayneCherry認(rèn)為ModelS的整體設(shè)計偏于保守，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并沒有鮮明的特色，有點類似瑪莎拉蒂。
ModelS的動力總成部分結(jié)構(gòu)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。后備箱容量為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(nèi)飾中最具特色的是其超大面積觸控屏，用戶能夠非常愜意地控制空調(diào)、導(dǎo)航、音響系統(tǒng)以及汽車轉(zhuǎn)向、懸架、制動能量回收系統(tǒng)的設(shè)置。所有的功能均通過觸屏實現(xiàn)，無需實體按鈕，另外，觸屏采用電容屏而不是電阻屏，眾所周知電容屏的操控感要勝于電阻屏。
