Các biểu tượng và đồ họa Windows hỗ trợ đầy đủ 16 màu trong chế độ EGA, MCGA và VGA trong khi Windows 2.x chỉ có một bảng màu rất hạn chế cho các menu màu và hộp cửa sổ với đồ họa trong ứng dụng đơn sắc. Chế độ VGA và MCGA 256-màu được hỗ trợ lần đầu tiên.
Windows 3.0 bao gồm một chế độ Bảo vệ / Tăng cường cho phép các ứng dụng Windows sử dụng nhiều bộ nhớ hơn một cách dễ dàng hơn so với các chương trình DOS. Nó có thể chạy ở bất kỳ chế độ Enhanced, Real hoặc 386, và tương thích với bất kỳ bộ xử lý Intel nào từ 8086/8088 lên đến 80286 và 80386.<ref>{{Chú thích web|url=http://blogs.msdn.com/b/oldnewthing/archive/2013/02/08/10392028.aspx |tiêu đề=For the Nitpickers: Enhanced-mode Windows 3.0 didn't exactly run a copy of standard-mode Windows inside virtual machine |tác giả 1= |ngày tháng=February 8, 2013 |website=MSDN |nhà xuất bản=Old New Thing |ngày truy cập=August 20, 2013 |url hỏng-status=nolive |url lưu trữ=https://web.archive.org/web/20130212084625/http://blogs.msdn.com/b/oldnewthing/archive/2013/02/08/10392028.aspx |ngày lưu trữ=February 12, 2013 |df= }}</ref> Windows 3.0 cố gắng tự động phát hiện chế độ nào chạy, mặc dù nó có thể bị ép buộc để chạy trong một chế độ cụ thể bằng cách sử dụng các công tắc: /r (chế độ thực), /s ("chuẩn" chế độ được bảo vệ 286) và /3 (chế độ được bảo vệ nâng cao 386) tương ứng.<ref>{{Chú thích web |url=http://www.computerhope.com/win3x.htm |tiêu đề=Windows 3.x help and information |tác giả 1=<!--Staff writer(s); no by-line.--> |ngày tháng= |website=Computer Hope |nhà xuất bản=Computer Hope |ngày truy cập=August 20, 2013 |archive-date=2013-08-04 |archive-url=https://web.archive.org/web/20130804181724/http://www.computerhope.com/win3x.htm }}</ref> Vì Windows 3.0 (và sau này là Windows 3.1) chạy ở chế độ bảo vệ 286 16 bit và không phải chế độ bảo vệ 32 bit, thiết lập mặc định là sử dụng mô hình bộ nhớ phân đoạn 64 KB. Tuy nhiên, trên CPU 32 bit, [[lập trình viên]] có quyền truy cập vào con trỏ bộ nhớ lớn hơn và do đó có thể mở rộng phân khúc chương trình thành bất kỳ kích thước mong muốn nào (giới hạn tối đa là 16 MB do bộ mô tả phân đoạn là 24 bit). Vì các hàm API của Windows là 16 bit vào thời điểm đó nên chúng không thể sử dụng các con trỏ 32 bit và do đó cần phải đặt phần mã chương trình thực hiện các cuộc gọi hệ điều hành trong phân đoạn 64 KB<ref>{{Chú thích web |url=ftp://ftp.microsoft.com/misc1/DEVELOPR/WIN_DK/KB/Q68/6/44.TXT |tiêu đề=Segment and Handle Limits and Protected Mode Windows |tác giả 1=<!--Staff writer(s); no by-line.--> |ngày tháng=November 6, 1999 |website=Microsoft File Transfer Protocol |nhà xuất bản= |ngày truy cập=August 20, 2013 }}{{Liên kết hỏng|date=2021-04-03 |bot=InternetArchiveBot }}</ref>, như trong DOS, mặc dù có thể chứa mã lệnh 32bit trong chương trình.<ref>{{Chú thích web |url=https://www.pcmag.com/encyclopedia_term/0,,t=&i=37053,00.asp |tiêu đề=386 Definition from PC Magazine Encyclopedia |tác giả 1=<!--Staff writer(s); no by-line.--> |website=PC Mag |nhà xuất bản=PC Mag |ngày truy cập=August 20, 2013 |archive-date=2019-12-16 |archive-url=https://web.archive.org/web/20191216145825/https://www.pcmag.com/encyclopedia_term/0%2C%2Ct%3D%26i%3D37053%2C00.asp |url-status=dead }}</ref> (Ami Pro là ứng dụng Windows đầu tiên yêu cầu 386). Bởi vì điều này, Windows 3.0 chỉ có thể truy cập 16 MB [[RAM]], ngay cả trên 386 hoặc CPU cao hơn mà có một khả năng có thể sử dụng 4GB trên lý thuyết.
Đây là phiên bản đầu tiên chạy các chương trình Windows ở chế độ được bảo vệ, mặc dù hạt nhân chế độ tăng cường 386 là phiên bản nâng cao của hạt nhân chế độ bảo vệ cho Windows/286.
