韶山3型电力机车以其独特的技术特点在电力机车领域中脱颖而出。其主电路设计采用级间平滑调压，采用调压开关与晶闸管相控相结合的方式，确保了机车在加速过程中的优良性能。4000系机车采用晶闸管不等分三段半桥式相控调压，搭配双拍全波桥式整流，进一步提升了功率输出和牵引力。
高功率是韶山3型机车的一大亮点，持续制功率为4320kW，比SS1型机车提高了14.3%。机车配备了强大的轮周电制动，功率可达4000kW，比SS1型的电阻制动提高了25%，这极大地改善了机车在低速工况下的制动能力。4000系机车采用加馈电阻制动技术，进一步优化了电气制动性能。
变压器方面，TBQ3-7000/25型号的主变压器是关键组件，额定容量为6925kV·A，由1111V+277.8Vx4的基本绕组和调压绕组组成，采用强迫油循环风冷技术。4000系机车则使用TBQ3B-7000/25型变压器。
调压开关TKT3-3300/2200具有精细的级间控制，配合晶闸管相控，对制造工艺和组装精度要求严格。变流装置TGZ3-3300/1550采用桥式整流电路，集成级间平滑调压功能，提高了机车的功率因数。
电子控制柜方面，韶山3型机车配备了第一代成熟电子控制柜，包括110V稳压电源系统和主回路级间相控电子系统，装配有30块电子插件，为机车运行提供了精确的控制。
动力系统采用ZQ800-1型脉流牵引电动机，额定电压1550V，持续制电流495A，带有补偿绕组和4极设计。制动系统采用TZZ4型立式制动电阻柜，配备2台，通过通风系统确保电阻柜冷却。
转向架结构上，一系采用轴箱螺旋钢弹簧悬挂，二系采用全旁承橡胶堆简单悬挂，牵引力通过中心销传递，轴承可承受轴向和径向载荷。4000系牵引装置改进了平拉杆式设计，优化了牵引点高度。
为了实现轻量化和增强结构刚度，韶山3型电力机车采用了创新的框架式整体承载结构，侧墙百叶窗则兼作通风进风口，过滤性能优良，外观美观。
SS3型电力机车是我国第二代（级间相控调压、交直传动）客货用电力机车。该型机车是在吸收了SS1、SS2型电力机车成熟经验，由株机厂和株洲所共同研制，并于 1978年底试制出厂。