正確で俊敏な応答性とハイレベルなコントロール性，そして高い限界性能を実現させ，ドライバーがスポーツカーであることを直感できる優れた運動性能を追求した。
・新世代ロータリーエンジン「RENESIS」は，軽量，コンパクトながら，ハイパワー仕様では184kW（250PS）の高出力を発揮する。また燃費，排出ガス性能ともに大幅に改善している。この性能は，「サイド排気＆サイド吸気」を採用することにより，吸気ポート面積を従来型より約30％拡大，吸気抵抗を大幅に低減し，シーケンシャル・ダイナミック・エア・インテーク・システムやドライブ・バイ・ワイヤーの採用によって実現した。
・RX−８では，RX−７やロードスターなどのスポーツカーで，マツダが伝統的に採用してきたフロントミッドシップをさらに進化させている。コンパクトなRENESISの特長を活かして，RX−７に比べエンジン本体を40mm低く，60mm後方に，さらにダッシュボードを80mm前方に配置し，エンジンと乗員間の距離を140mm短縮したレイアウトである。その結果，重心をクルマの中心部に集めることが出来るようになり，ヨー慣性モーメントを低減した。
・サスペンションは，アドバンスドフロントミッドシップにより可能になったローボンネットを活かすため，フロントに新開発のインホイールタイプ・ダブルウィッシュボーン式を，リアにはロングリンクマルチリンク式を採用。これにより，俊敏な回頭性と優れた安定性を両立させ，人と車とが一体となり意のままに操れる楽しさを提供している。
・強固なアンダーボディフレームワークやキャビンの効果的な補強を行い，同等のホイールベースを持つスポーツセダンをしのぐ高剛性・軽量ボディを実現した。
デザインの基本思想は，「マツダスポーツカーDNA」をさらに進化させた「スポーツカーダイナミズム」。快適な大人４人のインテリア空間，スポーツカーとしての操作感，本物の素材にこだわった品質感，ロータリースポーツとしての独創性を表現した。
・エクステリアデザインは「アスレティックテンション」をテーマに，「軽快で引き締まった緊張感を持ち，今にも走り出しそうな躍動感」を具現化するために，ダイナミックフォルム，スタビリティ，テンションの３つの造型表現にこだわった。
・インテリアデザインは「コンフォタブリータイト（心地よい包まれ感）を基本とし，斬新で上質なスポーツカーテイストに仕上げた。ドアを開けた時に広がる独特の室内空間は，斬新かつエクステリアの一部のような躍動感・軽快感を持ちエモーショナルなフィーリングに溢れている。その具現化のため，ダイナミックフォルム，軽快感，エモーション＆ハイクオリティーの３つの表現にこだわった。
・仕上げ品質などの「基本的な造り込み」や「機能美」に加え，新たに「カスタマーディライト」という新しい領域での取り組みをスタート。「操作の楽しさ」と「わくわくする楽しさ」を目指し，指先で俊敏に操作できるアクティブマチックのステアリングシフトスイッチ，ブルーの間接照明を採用したメーターパネルなど，マツダ独自の斬新なアイデアを細部にわたって具現化した。
ある時はスポーツドライビングを存分に味わい，またある時は仲間や家族とのドライブを楽しむ，かつてスポーツカーには存在しなかった価値を具現化した。スポーツカーでありながら，大人４人が実用的で機能的な空間を楽しむことを可能にした。
・エグゾーストマニホールドや触媒コンバーターの配置などを最適化，低い乗員位置を実現した。またフロアやフロントシートバックの形状に工夫を凝らし，後席にも広い居住空間を実現。
・前後席ともにスムーズな乗降性を実現するため，センターピラーレスのフリースタイルドアを採用。
・トランクルームは深底で，290リットル（VDA）の容量を確保し，ゴルフバッグを２つ積むなど日常的な使用シーンではもちろん，スーツケースを２つ積むなど家族４人の小旅行にも対応できる。
スポーツカーならではのハイパフォーマンスとともに，乗り心地や静粛性を向上させ，ふだんの走行でも感じられる高いドライビングクオリティを追求した。
・コンピューター解析を重ねて前後サスペンション取り付け部の構造を最適化し，ダイナミック剛性を高めることによって，サスペンションから車体に伝達されるロードノイズを低減している。
・リアの高剛性サブフレームには６点ラバーマウント式を採用し，操縦安定性を向上させると同時に，上質な乗り心地とロードノイズ抑制を実現した。
・アテンザで新開発したモードコントロールパネルを採用し，フロアパネルの共振を抑制している。フロアパネルに設けた２つ１組のくぼみを，タイヤの空洞共鳴の周波数に合わせ逆位相で振動させることにより，ロードノイズの低減を図った。
・カーボンコンポジット製の１本プロペラシャフト採用（MT車）などにより，駆動系の振動を抑えている。
・アクティブセーフティーでは効きの良いブレーキシステムを中心に，スポーツカーを操る楽しさを支援する機能を追求した。
・パッシブセーフティーでは専用開発の高剛性・安全ボディMAGMAにより，世界水準の衝突安全性を実現した。特に側面衝突では，高強度補強部材をリアドア内部に配置し，センターピラーレス構造でありながら，通常の４ドアセダンと同等の衝突安全性を確保できる「ビルトインピラー」を設けた。
・軽量アルミ製ボンネットとエンジンの間に空間を確保するとともに，ボンネットのインナーパネルに多数のくぼみ（ショックコーン）を設置。これによりボンネットのエネルギー吸収効率を高め，万一の際に歩行者が受ける頭部傷害の低減を図っている。
・環境性能は，RENESIS採用などにより従来のロータリーエンジン搭載車と比べ燃費，排出ガス性能を大幅に改善している。燃費（10・15モード）はマツダRX−８ ５MT車で10km/リットルを達成。また，全車「優−低排出ガス」認定を取得している。
・リサイクルしやすい熱可塑性樹脂の積極的使用や，一部プラスチック部品へのリサイクル材の再利用など環境保全・資源保護を考慮した。