ModelS整辆车包含了250项专利。其全铝车身兼顾了轻量化与高强度特性，除了车身外，其前后悬架大部分材料也采用铝材。后悬架采用低成本挤压件，但其强度却与成本高昂的锻件相同，前悬架采用中空球关节相比传统的实心球关节要降低25%，当然这也是在保证球关节强度的前提下。

　　动力

　　电动机位于两个后轮之间，是整车的重心降低了17.5英寸，前后重量分布为47/53。电动机采用感应交流发电，它的优点在于无需昂贵的稀土金属作为原材料。该车具备三种不同的电池组规格，容量分别为40千瓦时、60千瓦时、85千瓦时，所支持的行驶里程分别为140英里、200英里和265英里。85千瓦时电池组配备的电动机最大功率达到362马力，峰值扭矩达到325磅英尺。电池采用松下提供的镍钴铝电池，并在特斯拉的美国加利福尼亚工厂组装，电池型号为18650NCA，单颗电池的容量为3100毫安时。这种电池容量和内阻在1000次充放电后都保持着相对稳定的水平。特斯拉MODELS高性能版车型的电池组由7,000多颗电池组成，因此它的续航里程非常长。

　　电动机安装于两后轮之间

　　ModelS中的电动机

　　电池与车架融为一体，降低整车重心并提升扭转刚度

　　外观内饰

　　前通用设计师WayneCherry认为ModelS的整体设计偏于保守，不过同时他指出其精美的比例和线条显得非常和谐，他指出唯一的不足就是前脸部分并没有鲜明的特色，有点类似玛莎拉蒂。

　　ModelS的动力总成部分结构相对较紧凑，这也使得车舱空间更大，延伸至车尾的轮廓线更为平滑。后备箱容量为63.4立方英尺，与雪佛兰Equinox的63.7立方英尺相差无几。同时，虽然身为两厢车，但其却拥有三排座椅。

　　内饰中最具特色的是其超大面积触控屏，用户能够非常惬意地控制空调、导航、音响系统以及汽车转向、悬架、制动能量回收系统的设置。所有的功能均通过触屏实现，无需实体按钮，另外，触屏采用电容屏而不是电阻屏，众所周知电容屏的操控感要胜于电阻屏。

　　超大电容屏让操作更简便

　　燃效

　　在美国洛杉矶东部边缘至内华达州拉斯维加斯的212英里测试中，ModelS达到118mpge等同燃效，当开启空调并以匀速行驶了313英里后，其达到了74.5mpge等同燃效。带着4,766重的身躯，ModelS的百公里加速时间为4.0秒，最高时速为133英里/时。

　　ModelS加速测试数据

　　安全

　　安全方面，由于电动机的瞬时扭矩响应非常快，因此其可根据路况作出非常快速的反应，稳定控制和防抱死制动系统则与内燃机车采用不同的调校。前悬架采用双叉臂式，后悬架采用多连杆式。电机后置配合后轮驱动以及牵引力控制系统使得整车的操控性能非常出色。由于ModelS并没有使用传统的燃油发动机，所以车前的溃缩吸能区能够最大程度地优化。ModelS的大梁采用的是双8边型导轨设计，能极好地吸收冲击能量。而部分关键区域的高强度钢应用也提高了乘员的安全。

　　当碰撞发生时，电池的外部结构保护电池内部免受冲击，会自动切断电源，坚固的外壳体增加了车厢的强度，减少碰撞时发生的形变，同样也起到保护乘坐人员的效果。另外，全车共有8处安全气囊，可以保护乘客的头部、肩部、胸部、膝部等重要部位。

　　充电