Die einzigartige Architektur des PS-3300 hob ihn deutlich von den wenigen polyphonen Synthesizern ab, die damals erhältlich waren. Er verfügte über drei unabhängige „Signal Generator“-Sektionen, von denen jede im Grunde einen vollständigen polyphonen Synthesizer darstellte.

Jede dieser Synthesizer-Sektionen umfasste zwölf unabhängig stimmbarere, frequenzgeteilte Oszillatorbänke sowie separate VCFs, Hüllkurvengeneratoren und VCAs für jede einzelne Note. Dadurch konnten alle 48 Tasten des externen Keyboards gleichzeitig gespielt werden – jede mit einer eigenen, unabhängigen Artikulation.

Zwei LFOs und drei spannungsgesteuerte Resonatoren pro Sektion formten zusätzlich den charakteristischen Klang. Eine separate Master-Sektion bot einen Mixer mit eigenen VCAs für jede der drei Synthesizer-Sektionen, einen Sample-and-Hold-Generator, einen zusätzlichen Hüllkurvengenerator sowie zwei Steuerspannungs-Prozessoren.

Mit beeindruckenden 67 Ein- und Ausgangsbuchsen auf der Vorderseite eröffnete der PS-3300 zudem außergewöhnlich umfangreiche Modulationsmöglichkeiten.

Insgesamt war der PS-3300 so leistungsfähig und revolutionär, dass selbst Bob Moog von ihm beeindruckt war. Er bezeichnete ihn als „den besten Synthesizer für besonders fette Sounds“.