Der DS3 basiert technisch auf dem C3 der zweiten Generation, unterscheidet sich gestalterisch und zeichnet sich auch durch vielfältige Wahlmöglichkeiten zur optischen Individualisierung aus, wie zum Beispiel zweifarbige Lackierung. Er ist damit die äußerlich nahezu unveränderte Serienumsetzung der Studie Citroën DS Inside von 2009.

Der DS3 Crossback stellt nicht das Nachfolgemodell des Kleinwagens dar. Der Kleinwagen wird mit der Einführung des Crossover-SUV trotzdem weitergebaut

Der Citroën DS3 war zu Beginn mit drei verschiedenen Benzin- und zwei Dieselmotoren verfügbar. Im Dezember folgte der limitierte DS3 Racing mit dem THP 200, der auf eine Leistung von 152 kW (207 PS) kommt und trotz einer Mehrleistung von 51 PS gegenüber dem THP 155 einen um 0,3 l geringeren Kraftstoffverbrauch hat.

Die Motoren THP 155, THP 200 und e-HDi 115 sind mit einem Sechsgang-Schaltgetriebe kombiniert, die anderen Motoren serienmäßig mit einem Fünfgang-Getriebe. Der VTi 95 (Benzin-Ausführung) ist mit einem automatisierten Fünfgang-Schaltgetriebe (EGS), der VTi 120 optional mit einem Vierstufen-Automatikgetriebe kombinierbar. Der e-HDi 90 ist wahlweise mit dem automatisierten Sechsgang-Schaltgetriebe „EGS6“ lieferbar.

Bei HDi 90 und e-HDi 90 handelt sich um dieselben Triebwerke, jedoch verfügt der e-HDi 90 über eine Micro-Hybrid-Technologie, bestehend aus Bremsenergierückgewinnung und einem weiterentwickelten Stopp-Start-System, das mit einem über einen Keilriemen mit dem Motor verbundenen reversiblen Startergenerator arbeitet. Nach jedem Stopp springt der e-HDi 90 innerhalb von 400 Millisekunden wieder an. Diese Maßnahme soll den Verbrauch um rund 15 % verringern.

Seit Ende 2011 wird außerdem der neue 50-kW-Dieselmotor e-HDi 70 angeboten, der mit einem Stopp-Start-System ausgestattet ist. Dieser Motor hat einen kombinierten Verbrauch von 3,4 l/100 km. Parallel dazu erhielten die übrigen Dieselmotoren die Micro-Hybrid-Technologie e-HDi serienmäßig.

Seit Juni 2012 ist der VTi 95 auch als Flüssiggas-Modell lieferbar. In diesem Modell fasst der Benzintank 50 Liter, der Überdrucktank für das Flüssiggas ist 33 Liter groß.

Im November 2012 wurde der bisherige Basis-Ottomotor VTi 95 durch den vollständig neu entwickelten Dreizylindermotor „PureTech VTi 82“ ersetzt.

Das 2013 eingeführte DS3-Cabrio ist derzeit ausschließlich mit den Motoren VTi 82, VTi 120, THP 155 und e-HDi 90 erhältlich.

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