リース仕様のPHVには、標準車にも採用される「リダクション機構付THS-II」に高効率外部充電機構を追加し、駆動用電池にトヨタ製ハイブリッド車としては初採用の「リチウムイオン電池（パナソニック製）」を組み合わせた「リダクション機構付THS-II Plug-in」を採用。これにより、57.0km/L（プラグインハイブリッド燃費）の燃費性能を実現すると共に、最高速度100km/h、最大航続距離23.4kmまでならモーターのみでの走行（EV走行）が可能となっている。また、電池の残量低下に伴うEV走行が不可能となった場合でも、従来のハイブリッド車と同様の走行が可能である。
3代目モデルのハイブリッドシステムには、全体の9割以上を新開発した「リダクション機構付THS-II」が採用された。エンジンは高速域での燃費向上のために1.5Lの1NZ系から新世代のZR系1.8Lの2ZR-FXE型に変更され、モーターも3JM型に変更された。トヨタ車では初のクーラント用の電動ウォーターポンプによりベルトを廃止することでフリクションロスを低減した。大容量水冷EGRクーラーを搭載して燃費を向上させるとともに、RX450hに先行搭載された「排気熱再循環システム」を採用、これにより排気熱をヒーターやエンジンの暖気に利用することで冬季の燃費を低減させている。トランスアクスル・パワーコントロールユニット・ハイブリッドバッテリーが小型軽量化されたことにより、世界トップクラスの省燃費（「L」の10・15モード燃費で38.0km/L）と2.4Lガソリンエンジン車並みのパワーを実現した。また新開発の軽量化と薄型化を図った座席を採用している。バッテリーには当初予想されていたリチウムイオン二次電池ではなく、安全性やコスト面の観点から改良型のニッケル水素電池が採用されたが、技術蓄積と専用部品の整理によりコストを削減し、同時期に発売された2代目ホンダ・インサイトの低価格路線に対抗するため、先代型（「EX」への一本化前）と比べて戦略的に安価な価格設定となった（最低価格205万円、Lグレード）。先代より採用された「電動インバーターエアコン」、「インテリジェントパーキングアシスト」、「S-VSC」に加え、ステアリングスイッチの触れた場所をセンターメーターに表示する「タッチトレーサーディスプレイ」 を世界で初めて搭載した。2011年12月のマイナーチェンジでは開口部のスポット溶接増し（マイナーチェンジ前モデル比+20点）と床下補強材（フロアブレース）の構造変更が行われ、ボディ剛性を高め、併せてサスペンションの設定変更を行い走行性能と乗り心地が向上された。さらに吸音・遮音材を最適配置することによって静粛性能も向上している。2012年11月に一部改良が行われ、Lグレードを除く全車に、フロントコンソールトレイ内とラゲージスペースにある、AC100V電源を1500Wまで使用可能とするアクセサリーコンセントをオプション設定をした。
「日本の財政状況はギリシャより遥かに悪い」との認識を持ち、国と地方を合わせた基礎的財政収支を、2010年度（平成22年度）の対GDP比マイナス6.6%から2015年度（平成27年度）までにマイナス3.3%へ半減させるなどとした中期財政計画の目標を達成するためには、歳出抑制の徹底と2015年（平成27年）に消費税を10%へ増税することが必要であると主張している。2005年（平成17年）から2008年（平成20年）まで財政制度等審議会で臨時委員を務めた長谷川幸洋（現中日新聞・東京新聞論説副主幹）は、「日本の消費税は25%にすべきだ」と自著に書いたところ、当時主計局にいた木下に「委員になれば、長谷川さんが欲しがるような材料はいくらでもあげますよ」と勧められ、審議会への参加を決めた。主計局調査課のロッカーに入っている最新の財政資料が自由に使えたほか、これらより詳細な「対外的な説明の流れ」という課長級以上の職員が取材応答用に所持する書類も受け取っていたため、取材する必要がなくなってしまうほどだったという。2013年（平成25年）6月28日に財務省事務次官に就任して以降は、新聞や雑誌等、各種メディアで消費税増税に関連する主張を展開しており、次官就任翌月の7月19日には、財務事務次官として自身の出身地である新潟県の地元紙「新潟日報」のインタビューに応じ、内閣総理大臣の安倍晋三が消費税の8%への増税の見直しを示唆していることについて、あくまで政治判断だとしつつも「われわれの立場としては予定通りに進めてもらうことを望んでいる」と述べた。同年8月31日、読売新聞が消費税増税を見送るべきとの社説を掲載した際には、同紙の主筆である渡邉恒雄（読売新聞グループ本社会長）の元へ事務次官である木下自らが増税の必要性について説明に出向いたと講談社が発行する週刊誌である『週刊現代』が2014年4月に報じている。9月18日、内閣総理大臣安倍晋三と財務大臣麻生太郎による消費税の増税判断を巡る会談の場で、事務方として消費税の増税を推進している財務省側の立場を説明する予定であったが、安倍が「官僚は同席させるな」との指示を出し同席することができなかった。日本政府が消費税の8%への増税を表明した翌月の11月1日、時評社が発行する月刊誌『時評』2013年11月号において、「消費税10%を前提に努力すれば、中期財政計画の目標達成は十分可能」と題した森信茂樹（中央大学法科大学院教授、東京財団上席研究員、税制シンクタンク「ジャパン・タックス・インスティチュート」所長）との対談記事を発表し、中期財政計画の目標について「消費税10%等により税収が上がれば、目標達成は可能」「消費税10%を決断していただき、かつ歳出抑制もきちんと行えば、達成可能」などとした上で、「まさに目標達成の可否は、政府の決断にかかるということになります」と述べている。