Sở dĩ Tesla Semi có khả năng tăng tốc “khủng” là nhờ sự tối ưu hoá trong thiết kế khí động học với việc loại bỏ các bộ phận truyền thống của xe động cơ đối trong như: lưới tản nhiệt trước, gương chiếu hậu hai bên được thay thế bằng hai màn hình kích thước lớn được đặt trong khoang nội thất tương tự như trên mẫu Model 3, ngoài ra các hốc bánh xe còn được che kín và mâm xe không có nan nhằm hạn chế tối đa lực cản của không khí , thậm chí nếu so về hệ số khí động học Tesla Semi còn thấp hơn cả Hypercar Bugatti Veyron.
Đầu kéo Tesla Semi có những thỏi pin được bố trí đặt thấp ngay bên dưới sàn cabin, xe có trọng tâm thấp giúp hoạt động ổn định ở tốc độ cao và khác biệt hơn nếu so với các đối thủ sử dụng động cơ đốt trong (Freightliner hoặc International). Về động cơ, xe sử dụng 4 động cơ điện hoạt động độc lập, dẫn động bốn bánh xe ở phía sau. Động cơ cho phép chiếc xe tăng tốc từ 0 - 100km/h trong vòng 5 giây và 20 giây khi kéo trọng tải hàng lên đến 40 tấn (80.000 pound).
Ở bên trong nội thất, Tesla cũng đã hoàn toàn định nghĩa lại không gian cabin trên một chiếc xe đầu kéo. Một ghế ngồi chính trong cabin sẽ được dành riêng cho người lái và đặt ở vị trí trung tâm để đem tới tầm nhìn tối ưu nhất. Cụm điều khiển của chiếc xe cũng cực kỳ tối giản với 2 màn hình lớn cảm ứng, nằm giữa là vô-lăng điều khiển.
Với bộ sạc nhanh, xe chỉ mất 30 phút để sạc năng lượng đủ để dùng cho quãng đường 640km (400miles). Tesla Semi sẽ được chính thức lên dây chuyền sản xuất từ năm 2019, với giá bán cho phiên bản pin chạy được quãng đường 482km(300miles) là 150.000USD và 180.000USD cho phiên bản chạy được 643km(400miles).