小米3的外壳采用聚碳酸酯材质，通过高光塑工艺打造而成。这种材料在保持轻薄特性的同时，确保了机身结构的稳定性。其表面经过特殊处理，呈现出类似陶瓷的细腻质感，同时具备良好的抗指纹能力。
聚碳酸酯材质的选择让小米3在重量控制上表现出色，整机重量控制在145克左右，配合圆润的边角设计，提升了握持手感。壳体内部加入了金属骨架支撑，在保证信号传输不受影响的前提下，增强了机身的抗摔性能。
背部面板采用三段式拼接设计，上下两端为信号溢出区域，部分则通过塑工艺实现了高光效果。这种设计既满足了通信需求，又保持了外观的整体性。不同配色版本通过调整聚碳酸酯原料的着色工艺实现，其中白色版本采用双层塑技术，提升了机身的通透感。
在实际使用中，这种材质表现出较好的耐磨特性，日常使用中的轻微刮擦不易留下痕迹。同时聚碳酸酯的韧性特质，使得机身在受到冲击时能起到一定的缓冲作用。相比同期的金属材质，该材料在信号兼容性和制造成本上更具优势，这也是小米3在定价策略上的重要考量因素。
壳体与中框的衔接处采用微米级精度的合模工艺，确保了整机的密封性。这种工艺处理也让机身具备一定的防尘防水能力，能够应对日常使用中的泼溅场景。聚碳酸酯材质的热稳定性，也保证了手机在长时间使用后机身依然保持稳定的物理特性。
通过对聚碳酸酯材料的创新应用，小米3在实现轻量化设计的同时，兼顾了视觉美感与实用功能。这种材质选择成为当时千元级别智能手机在工业设计上的一种典范，体现了技术与成本之间的平衡艺术。