前作5000系は2000系のマイナーチェンジ車だが、3000系はフルモデルチェンジ車であり、VVVFインバータ制御、軽量ステンレス車体、軽量ボルスタレス台車等の新機軸が盛り込まれている。

編成

TcMM'TTMM'Tc'の8両固定編成で、SIV、CP、パンタグラフをM車に集中配置している。M'車には自車を駆動するだけのインバータ装置が搭載されているのみで、必要があれば編成から抜くこともできる。従来車が4両編成であったのに対し8両固定編成に改められ、M車に2台搭載していたパンタグラフは1台搭載に変更、編成中2台のパンタグラフを相互に接続することでパンタ数削減と離線アーク防止を両立させた。この集電方式が現在に至るまで南西急行の基本方針となっている。

車体

軽量ステンレス車体を南西急行として初採用。扉・窓の配置は4000系を踏襲した。これは、本形式を4000系の車体更新車として登場させる案があり、機器類のレイアウトを4000系に合わせることで配線・配管類の設計コストを低減することを狙ったためである。結局、完全新造となったのでそうする意味はあまり無かったが…

運転台

非常用扉を車掌台側に寄せた左右非対象の形式となり、操縦スペースが広くなった。これも、4000系の運転台の設計を踏襲するための構造である。前面の扉は貫通扉ではなくあくまで非常扉であり、他形式との併結は考慮されていない（南西急行では編成を併結する際は必ず貫通扉付きの車両同士を突き合わせることとしている。さらに地下区間を営業運転する場合は幌で編成間を行き来できるようにする）。この前面デザインは結果として好評であったので後の5200系にも踏襲されている。

座席

登場当初は、車端部にボックスシート、ドア間に固定席2列と転換座席2列を配し、ドア付近の立席スペースに補助席を計24席配置していた（総座席数は中間車で72席であり、後述の改修後が60席であるからかなり多かった）。ラッシュ時は、補助席はロックされて使用不可能となり、立席を中心とした収容力重視の構成となるが、日中は気軽に座れる補助席を活用することで「座れる快速」を印象づけ、急行に流れがちな乗客を快速に誘導する試みがなされたのである。本形式の前の快速用車両である4000系はオールロングシート車であり、ラッシュ時の収容力に優れていたが、急行用の5000系は転換クロスシート車であり、それと比べるとサービスレベルが劣って見える。そこで、転換クロスシートを使いつつもロングシート車並みの収容力を確保するため、このような設計となった。しかし、実際には、混雑が激しくなると補助席の乗客が立席客と干渉する等の不都合が発生し、平成7年以降、5200系と同様にドア間に5列のクロスシート（両端2列は固定、中間3列は転換可能）を配して補助席を廃止する改造が行われた。また、車端部の座席もロングシート化された。