為了和成功發射「獵鷹9號」的太空探索技術公司步調一致，特斯拉也加快了發展步伐。但是，特斯拉的目標是生產以電為動力的汽車替代燃油為動力的汽車。在太空探索技術公司看來，這樣做無疑可以減少對環境的污染。至於在市場推廣賽車式的Roadster，只是其中的一個過程，或者一種手段。
在電動車開發領域，特斯拉實現了從無到有，現在甚至達到了出色的水平。其實這是一件非常耗費時間和金錢的事。一般的做法是先以已有的燃油汽車為基礎在其車身安裝電動馬達或者電池，然後通過不斷實驗和測試逐步提高汽車性能。比如，日產的LEAF汽車的車體就是以賓士車為基礎研發生產的。
特斯拉Roadster在這一點上和日產的LEAF非常相似，它是以蓮花汽車的車體為基礎，然後由特斯拉提供電力系統和動力構件設計完成的。
隨後，作為特斯拉汽車電動化的第二個拳頭產品，Model S隆重登場。Model S不論是車體還是底盤都是特斯拉自行研發的，可以說是100%的「特斯拉製造」。另外，為了和BMW5系列相抗衡，特斯拉還將這款車設計成了4門、5座的廂型小客車。
Roadster限定銷售2500台，也就是說，和那些標榜「量產」而實際產量遠遠超出既定數字的生產商相比，Model S所屬的特斯拉才是一家真正做到電動汽車「量產」的公司。在埃隆看來，每年生產20000台Model S就夠了。
2012年6月，太空探索技術公司陷入了財務危機。隨後，它向歐洲聯合會申請了財務支援。也正是在這個時候，Model S開始在北美地區銷售。車型的規格是4978毫米×2189毫米×1435毫米（長×寬×高），與同類型的車型相比，這是一個相當大的車身。然而這款車的重量只有2108千克，而且其重量主要來自電池。
Model S的車身下設計了牢固的鋁製底盤，底盤中配置了厚度達10厘米的鋰電池（約7000枚）。這款車使用的電池的能量密度比Roadster提升了10%。具有相當分量的電池安裝在汽車的軸距之間，雖然配置比較低，但是它的安全性和以往的汽車相比有了顯著的提高。埃隆的解釋是：「因為這款車在設計過程中運用了火箭製造方面的技術，所以儘管它搭載的大型電池組比較重，但依然算得上是一部輕型汽車。」
為了防止車體底部受到物理性損害，技術人員在設計過程中考慮了各種可能出現的問題。比如，在停車場準備停車卻撞上什麼東西的時候，車體底部就有可能受到撞擊。這時候安裝在汽車底部的電池組的保護裝置就可以使電池免受物理性損害。另外，Model S還具有可以根據具體情況自動決定是否停車的保護功能，這也是特意設計的。
Model S的電池類型主要有60千瓦時和85千瓦時兩種型號，60千瓦時電池的續航里程是370公里，85千瓦時電池的續航里程是480公里。這樣的續航里程對於傳統電動汽車來說已經是出類拔萃的。
另外，這款車在加速方面也有非常卓越的表現。對於搭載85千瓦時型號電池的Model S來說，從啟動到將速度提升至97公里/小時只需要4.2秒，最高時速可以達到210公里，完全可以和保時捷911的速度相媲美。