為了安全，特斯拉對電池實行分級管理，通過監控裝置監控電池狀態，一直落實到每一節18650電池。在電池兩端均設有保險絲，當電池出現過熱或電流過大時，保險絲會切斷，以此避免因某個電池出現異常情況（過熱或電流過大）時影響到整個電池包。每個電池單元和每個電池包也有相應的安全裝置。一旦發現某一單位內部出現問題，保險裝置都會將其切斷與其它電池單元的聯系，從而避免殃及池魚的情況出現。另外，每個電池片之間都有相對獨立的空間并由防火墻相隔，即便是單個電池片內部出現了起火的情況，火勢也可得到一定控制，不至于迅速蔓延至整個電池包。
特斯拉采用底盤和電池合一的方案，把電池做到底盤上。這樣的優點是車內空間大，汽車重點低，操控性好。正面碰撞也不怕，前后都有保護。但是如果遇到對底盤自下往上的沖擊，會很脆弱。
特斯拉在NHTSA（美國高速公路安全協會）進行了數次碰撞測試，包括100%正面碰撞、27°角側面碰撞、75°角側面柱碰和翻滾碰撞、車頂強度等碰撞測試。在100%正面碰撞測試中，由于特斯拉汽車“發動機艙”內不需要安裝動力總成，有足夠的空間來安排提高車身強度的結構，可以更好地保護乘員艙及車身下方的電池組。由于電池分布在車底，電機位于后車橋，前部沒有動力總成，整車的重量基本都集中在車輛底部和尾部并且重心較低，所以在正面碰撞測試中，車尾并沒有出現大幅度抬起的情況。
相比之下，側面碰撞時電池組會受到過度擠壓，對電池的安全性的威脅很大，為此特斯拉在下邊梁部分采用了一種鋁制的多層結構，可以更好地吸收碰撞能量，據說這種結構理念源自阿波羅飛船在登陸月球時所使用的著陸器。
