Двигатель 3UZ-FE впервые был представлен в 2000 году и стал результатом эволюции 4,0-литрового двигателя 1UZ-FE. Объем 3UZ вырос до 4,3 литра и был оснащен всеми текущими системами и электроникой Toyota, такими же, как и в поздних двигателях 1UZ с VVTi. На 3UZ-FE установлен алюминиевый блок цилиндров с увеличенным диаметром цилиндра до 91,0 мм при неизмененном ходе поршня (82,5 мм). Новый блок имел тот же угол V-образной формы 90 градусов, смещение ряда цилиндров 21 мм и шаг отверстий 105,5 мм. Новые чугунные гильзы цилиндров тоньше на 0,5 мм (1,5 мм вместо 2 мм). Более тонкие гильзы/вкладыши легче, обеспечивают лучшее охлаждение, но при этом теряют прочность. Для повышения жесткости толщина стенок цилиндра была увеличена на 1 мм (с 5,5 мм до 6,5 мм). Также инженеры оптимизировали форму прохода воды между стволами. Как и 1UZ-FE, двигатель 3UZ-FE оснащался кованым стальным коленчатым валом (полностью сбалансированным с пятью коренными шейками и восемью противовесами), коваными стальным