Ningún motor del CX-3 es nuevo, todos han sido estrenados con anterioridad en otros modelos de la gama (más información en el Mazda6) pero sí hay algunos cambios. El de gasolina SKYACTIV-G 2.0 tiene un colector de escape, que es de tipo 4-2-1, más pequeño, cambio necesario para que quepa en el vano. Para disminuir su volumen se ha acortado el diámetro  y la longitud de los conductos de la parte 4-2.

Este motor de gasolina se caracteriza por tener una relación de compresión muy alta (14,0 a 1). Es de inyección directa, con distribución variable en admisión (regulada eléctricamente) y en escape (hidráulicamente).

El motor Diesel SKYACTIV-D es de 1,5 litros de cilindrada. La relación de compresión es muy baja (14,8 a 1) con lo que se consigue una temperatura más baja en la cámara y, por consiguiente, producir menos óxidos de nitrógeno. Tiene dos circuitos de recirculación de gases de escape (EGR; de alta y baja presión), un turbocompresor con álabes de geometría variable y un intercooler refrigerado por agua.

«i-Eloop»

Este dispositivo de recuperación y almacenamiento de energía lo estrenó el Mazda6 2013. Está compuesto por un condensador que complementa al alternador y la batería de 12 V. El condensador suministra energía directamente a algunos circuitos eléctricos del coche, como el compresor del aire acondicionado, el equipo de sonido, los faros y el re-arranque del motor cuando lo para el «i-stop».

Mazda trata con este sistema de aprovechar el exceso de energía eléctrica que puede generar un alternador y que no es capaz de almacenar una batería y sí un condensador, dado que su curva de carga y descarga es mucho más rápida. El alternador puede generar corriente a un voltaje variable de entre 12 y 25 V. Cuando el conductor acelera, el alternador no genera energía eléctrica —lo que evita, en gran medida, la resistencia que ofrece— y la electricidad que requiere el coche para su funcionamiento se obtiene de la almacenada en la batería y del condensador, si la tiene. Cuando se levanta el pie del acelerador, el alternador produce el máximo de corriente posible y recarga el condensador (en 10 segundos se recarga totalmente) y la batería. Hay situaciones intermedias entre ambos casos, según las necesidades de carga eléctrica.

Sistema de tracción total y suspensión

En condiciones normales, el Mazda CX-3 4WD circula con tracción únicamente en las ruedas delanteras. Una centralita —que tiene en cuenta tanto las condiciones de la carretera, la conducción y la predicción de patinamiento de las ruedas— acopla, en distinto grado, un embrague multidisco alojado en el diferencial trasero, haciendo que las ruedas traseras también impulsen el coche.

Lo novedoso en el CX-3 es que Mazda ha añadido nuevas señales que se tienen en cuenta para gestionar la tracción. Son la temperatura exterior, el funcionamiento de los limpiaparabrisas, la aceleración longitudinal, la presión en el circuito de frenos y algunas relacionadas con la dirección (ángulo, par, corriente eléctrica consumida).

La suspensión es la misma que la del Mazda2 (delante McPherson, imagen; detrás de ruedas tiradas unidas por una barra de torsión; imagen de la variante para las versiones de tracción delantera e imagen de las de tracción total), con los ajustes convenientes para este modelo.