Los componentes principales del sistema propulsor del Toyota RAV4 Plug-In Hybrid son un motor de combustión, dos eléctricos y una batería.

El motor de combustión es de gasolina, atmosférico, tiene cuatro cilindros, 2487 cm³ de cilindrada y da una potencia máxima de 185 caballos. Es el mismo que Toyota emplea en el RAV4 220H, pero da 8 caballos más gracias en parte a que puede girar más rápido (llega a 6000 rpm, en vez de a 5700 rpm). Su ciclo de funcionamiento es Atkinson y el código de identificación A25A-FXS.

Los motores eléctricos son los mismos del Toyota Highlander. Ambos son síncronos y llevan un rotor de imanes permanentes. El delantero, con código de identificación 5NM, produce un máximo de 182 CV y 270 Nm. El posterior, con código de identificación 4NM, da 54 CV y 121 Nm. El delantero hace girar las ruedas delanteras y es el encargado principal de mover el coche en modo EV. El posterior hace girar las ruedas posteriores e interviene cuando se exige mucha aceleración y cuando es conveniente para evitar pérdidas de tracción.

El mecanismo donde confluyen los movimientos rotacionales del motor de combustión y del eléctrico delantero para transferirlo a las ruedas es un engranaje epiciloidal. El motor posterior trasmite movimiento a través de un engranaje simple con una relación de reducción de 10,78 a 1.

La batería está formada por 96 celdas de iones litio, cada una de ellas con una tensión nominal de 3,7 voltios y una carga eléctrica de 51 amperios hora. La química del cátodo es NCM 622. Son las mismas celdas que Lexus emplea en el UX 300e. El proveedor es Panasonic.

Las 96 celdas están conectadas en serie, por lo que el voltaje resultante es de 355,2 voltios (96 x 3,7 V) y la carga eléctrica se queda en 51 Ah. La capacidad total de la batería es de 18,1 kilovatios hora (355,2 V x 51 Ah). El peso de la batería, excluyendo elementos como su estructura de protección, es de unos 155 kilogramos.

La batería está refrigerada por líquido, cuya temperatura se regula por medio de un intercambiador térmico con el sistema de climatización del habitáculo. Para calentar el habitáculo hay una bomba de calor, que evita tener que utilizar el motor de combustión a temperaturas exteriores de hasta 10 grados Celsius bajo cero.

La recarga se hace con corriente alterna y a una potencia máxima de 6,6 kilowatios. Para enchufarlo a la red eléctrica hay que utilizar un cable Tipo 2 o Mennekes (más información sobre los distintos tipos de conectores que existen) y en una instalación Modo 2 o Modo 3 (más información sobre los tipos de instalación). En una Modo 2, de 230 voltios y 10 amperios (2,3 kW), la carga completa toma 7,5 horas aproximadamente. En un instalación Modo 3 (wallbox), monofásica de 230 voltios y 32 amperios (7,36 kW), el tiempo de recarga se reduce a 2,5 horas.

La carrocería tiene las mismas dimensiones que la de cualquier otro RAV4: 4600 milímetros de longitud, 1855 mm de anchura y 1685 mm de altura (1690 si se cuentan los raíles del techo). La altura al suelo de la carrocería es de 180 mm con las llantas de 18 pulgadas y de 190 mm con las de 19. El coeficiente aerodinámico Cx también varía con la llanta: 0,32 con la de 18 y 0,33 con la de 19. La masa del RAV4 PHEV es de 1910 kilogramos, 260 más que la de un RAV4 220H con tracción total. Como ese peso extra se debe mayoritariamente a la batería, y esta se encuentra en la zona inferior del coche, entre las ruedas, el centro de gravedad está 20 mm más abajo.

En el eje delantero hay una suspensión de tipo McPherson y, detrás, un paralelogramo deformable. En ambos ejes hay discos de freno ventilados, de 340 mm delante y de 317 mm detrás. Las dimensiones de los neumáticos son 225/60 en caso de llevar llanta de 18 pulgadas y 235/55 en el caso de la de 19.