Nadwozie mierzącego 4,8 m długości, 1,6 m wysokości (2,23 m przy otwartych drzwiach) oraz 2 m szerokości Renault Ondeliosa zostało zainspirowane rozwiązaniami stosowanymi w lotnictwie, stąd niski współczynnik oporu powietrza wynoszący 0,29. Auto ma wiele charakterystycznych elementów, jak chociażby światła zespolone z wlotami powietrza, reflektory wyposażone w diody elektroluminescencyjne, tylne światła w kształcie bumerangu wbudowane w nadwozie oraz przeszklony dach wzmacniający poczucie lekkości. Drzwi, również w znacznej części przeszklone, podnoszą się pionowo, podczas gdy próg opuszcza się, ułatwiając wsiadanie do samochodu. Z kolei wyprofilowana tylna szyba wsuwa się do wnętrza auta, aby umożliwić otworzenie i przewietrzenie kabiny.

Mimo stosunkowo dużych rozmiarów Renault Ondelios ma być niezwykle przyjazny środowisku. Po pierwsze wykonany został m.in. z włókien naturalnych na bazie lnu, w celu ułatwienia recyklingu, włókien węglowych oraz poliwęglanów, co pozwoliło na obniżenie masy auta. Wyposażony został również w napęd hybrydowy, składający się z diesla 2.0 dCi o mocy 205 KM oraz z dwóch silników elektrycznych umieszczonych z przodu i tyłu auta o mocy 20 kW, działających na zasadzie mild hybrid lub w uzupełnieniu do silnika spalinowego. Zastosowano w nich technologię brake&boost (odzyskiwania energii podczas hamowania i dostarczania energii w fazie przyspieszania, aby wspomóc silnik spalinowy). Silnik zamontowany z przodu posiada również funkcję Stop&Start.

Silnik elektryczny, umieszczony na tylnej osi, napędza koła w przypadku wykrycia przez ESP utraty przyczepności, dzięki czemu Ondelios zachowuje się jak samochód z napędem na 4 koła. Silnik wysokoprężny osiąga moment obrotowy 450 Nm w przedziale od 1700 do 3800 obr/min, co zapewnia komfort i elastyczną pracę w całym zakresie obrotów. Ondelios rozpędza się od 0 do 100 km/h w zaledwie 7,8 sekund, a w połączeniu z 7-przełożeniową skrzynią biegów z podwójnym sprzęgłem zapewnia wyjątkową przyjemność jazdy, utrzymując zużycie paliwa na niewysokim poziomie 4,5 l/100 km. Emisja CO2 jest bardzo niewielka jak na auto klasy S i wynosi 120 g/km.

Wnętrze Ondeliosa jest eleganckie i niezwykle komfortowe oraz na tyle przestronne, iż pomieści sześć osób w trzech rzędach siedzeń. Regulacja foteli odbywa się niczym w fotelach lotniczych klasy biznes. Wyposażenie obejmuje sporo nowoczesnych i praktycznych rozwiązań, w tym m.in. ekran w dolnej części szyby przedniej, gdzie wyświetlają się różne menu i obrazy z kamer zewnętrznych, trzy pasy wyświetlaczy za kierownicą, cyfrowy prędkościomierz. Każdy pasażer posiada swój własny przenośny ekran multimedialny, a dostęp do wnętrza oraz uruchomienie silnika odbywa się dzięki telefonowi komórkowemu pełniącemu rolę karty hands free.