El Peugeot 308 GTi ha sido desarrollado en colaboración con Peugeot Sport, que ha hecho cambios importantes en la suspensión delantera y trasera con respecto a la que tiene el resto de versiones de la gama 308. En el eje delantero son distintos los muelles, los amortiguadores, las barras estabilizadoras y algunas piezas de la estructura, que ahora son más rígidas. En el eje posterior también son distintos los muelles, los amortiguadores y el eje de torsión, que igualmente es más rígido. Una de las consecuencias de las modificaciones en la suspensión es que la carrocería va 11 milímetros más cerca del suelo que la del resto de Peugeot 308. Peugeot también ha aumentado la caída negativa de las ruedas delanteras y traseras, y ha aumentado la resistencia a la deformación (tanto en sentido vertical como lateral) de los casquillos que unen la suspensión al subchasis.

El ancho de vías también es mayor que en otras versiones del 308, de manera que en el eje delantero hay 17 mm de diferencia y en el trasero 10 mm (ficha comparativa). Los neumáticos de la versión de 250 CV son unos Michelin Pilot Sport 3 en medidas 225/40 montados sobre unas llantas de aleación de 18 pulgadas de diámetro; los de la versión más potente son unos Michelin Pilot Super Sport en medidas 235/35 R19. A pesar de la diferencia de tamaño, éstas últimas son 2 kg más ligeras (por llanta) que las de 18 pulgadas.

El sistema de frenos del 308 GTi es distinto en función del nivel de potencia elegido: La variante de 272 caballos tiene unos discos delanteros ventilados de 380 mm de diámetro fabricados con dos piezas independientes unidas entre sí por pernos: la pieza que va sujeta al buje es de aluminio, mientras que la pieza que hace de superficie de fricción es de fundición de hierro. Este tipo de construcción reduce los problemas de deformación y la aparición de grietas y tensiones debido a la diferencia de temperatura que se produce durante las frenadas, en las que la pista de frenado se calienta mucho y la parte del buje permanece a mucha menos temperatura. Las pinzas del 308 GTI 270 son fijas, de cuatro pistones y van pintadas en color rojo.  

El 308 GTi de 250 CV tiene unos discos fabricados de una sola pieza y son más pequeños, 330 mm de diámetro. Los discos traseros son idénticos en ambas versiones: macizos y de 268 mm.

El motor de 1,6 litros de cilindrada (denominado EP6 FDTR) está sobrealimentado mediante un turbocompresor y deriva del que tienen otros modelos de Peugeot, aunque con una serie de ajustes para que la potencia sea mayor (250 o 272 CV, en función de la versión elegida). Entre las modificaciones que ha realizado Peugeot están unas bielas, unos segmentos de los pistones y unos casquillos reforzados. Los pistones están forjados y su refrigeración corre a cargo de dos surtidores que pulverizan aceite desde su parte inferior. Además, el colector de escape es distinto y está reforzado para que pueda aguantar temperaturas más elevadas (hasta 1000 ºC según Peugeot). Los anteriores cambios en el motor son idénticos tanto para la versión de 250 como de 272 caballos; lo que cambia es la gestión electrónica.

La versión más potente tiene un diferencial delantero de deslizamiento limitado de tipo Torsen para distribuir la fuerza del motor entre las dos ruedas delanteras.