Pour la première fois, il est possible de piloter des motos en plus des karts et des voitures ; ces motos sont disponibles dès le début du jeu dans certaines catégories.
Chaque catégorie, ou niveau de difficulté, a son type de véhicule :
50 cm : réservée aux karts en début de partie (une option permettant d'utiliser n'importe quel type de véhicule peut être débloquée) ;
100 cm : réservée aux motos en début de partie (une option permettant d'utiliser n'importe quel type de véhicule peut être débloquée) ;
150 cm : tous types de véhicules.
Miroir : tous types de véhicules (ce mode est disponible uniquement une fois les 3 autres gagnés).
Il est également possible de réaliser des figures pendant un saut, qui ont comme conséquence de donner un turbo au véhicule à l'atterrissage.
Au cours du jeu, plusieurs options sont à débloquer, dont de nouveaux circuits, la possibilité d'utiliser n'importe quel véhicule (kart ou moto) dans la catégorie de son choix ainsi que de nouveaux personnages, parmi lesquels les Miis.
Le dérapage contrôlé par le joueur est maintenant optionnel (absent du mode automatique et présent dans le mode manuel)
Le snaking, technique consistant à déraper et contrebraquer plusieurs fois de suite (DS, GCN, N64), même en ligne droite, pour obtenir un turbo, a été aboli au profit d'un turbo dépendant du temps de dérapage (plus proche de Crash Team Racing).
Contrairement aux précédents opus de Mario Kart, il y a désormais douze concurrents sur un circuit.
En conséquence, les points de la coupe sont distribués d'une nouvelle manière : le vainqueur reçoit maintenant 15 points et le deuxième 12, puis 10, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 et 0.
Le jeu est jouable en ligne grâce au Nintendo Wi-Fi Connection, avec les modes « course » et « bataille ». Par ailleurs, il est possible de jouer jusqu'à douze sur une même course.
Avec le mode en ligne, mais uniquement dans le mode « Amis », des messages prédéfinis peuvent être envoyés à ses adversaires, par exemple « On fait une course ? ». Nintendo a indiqué que ce choix a été fait pour des raisons de sécurité, pour éviter les « dérives » du chat vocal, voire textuel[4]. Le titulaire du « permis » commence le jeu en ligne crédité de 5 000 points. En fonction du classement, du nombre de concurrents et de leur score, des points seront ajoutés ou soustraits de ce crédit de départ. Le nombre de points ne peut aller au-dessus de 9 999.
Contrairement à Mario Kart DS, tous les circuits du jeu sont présents. Un système de vote permet de choisir le circuit sur lequel on veut jouer, ou laisser l'ordinateur choisir avec l'option « aléatoire ». À la fin du vote, le serveur choisit au hasard l'un des circuits proposés par les joueurs.