La Citroën DS3 propose cinq moteurs différents : trois à essence (deux VTi et un THP), ainsi que deux Diesel HDi, allant de 95 à 156 ch pour les essence, et de 90 à 110 ch pour les Diesel. Les deux HDi possèdent un filtre à particules.
Avec le HDi de 90 ch, Citroën limite les émissions de CO2 à 99 g/km.
Citroën propose de série sur toutes les finitions le système ICR (indicateur de changement de rapport) qui permet une conduite plus économique.