在当年各大汽车厂商都在使用磷酸铁锂离子电池的时候，特斯拉率先使用三元锂离子电池，众所周知，三元锂离子电池相比于磷酸铁锂离子电池的优势在于能量密度更高。
特斯拉采用的是由松下生产的18650电池，在Model3正式投产后，新型21700电池将取代18650，成为新的电芯。21700电池是三元锂离子电池，阴极材料是镍钴铝酸锂（NCA）。这种圆柱形三元电池，是目前能量密度最高的动力锂电池解决方法。相比方块形电池，此类电池虽然能量密度高，但稳定性较差，要有较为出色的BMS（电池管理系统）支持。
在现有条件下，其生产的21700电池系统的能量密度在300Wh/kg左右，相比其原来18650锂离子电池系统的250Wh/kg约提高20%。同时根据松下的动力锂离子电池单体的测试数据来看，其21700电池的体积能量密度远高于18650型电池单体。单体电芯能量密度的提升要远高于成组后提升的20%幅度。
在30万公里后，多数特斯拉还能保证90%以上的锂离子电池容量，在50万英里（80万公里）之后，依然还能维持在80%以上的水准。自从特斯拉推出电动汽车之后，其电池行驶里程数就成为了业界的顶端，至今仍无人能超越，不论是后进的国产电动汽车品牌，或者是国际传统车厂，在同样电池容量下的可行驶里程都远远落后于特斯拉。
特斯拉也有相同的限制，而根据其供应给客户的指南，特斯拉的锂离子电池寿命是可以在行驶48万公里后，仅出现5%的容量衰减。假如通过对锂离子电池技术的改进，来达到电池寿命的延长，那么可能就不要保留那么大的容量来防止系统过度放电，导致减少寿命。
特斯拉电池令人放心，行驶16万英里后容量下降不到10%。在最初的5万英里行驶中，大多数特斯拉汽车的电池将损失5%的容量，但是过了5万英里这个关口后，锂离子电池容量很难再下降5%。目前的趋势显示，在容量下降到初始容量的90%之前，特斯拉锂离子电池平均可以循环使用超过18.6万英里。
特斯拉实现超长续航里程重要有三方面原因：
1）高能量密度三元锂离子电池的先行者
2）独家黑科技电池管理系统
3）相对成本控制
