Le E.330 sono locomotive notevoli nella trazione trifase, nonostante l'eseguità del loro gruppo: sono infatti le prime macchine veloci (velocità massima fino a 100 km/h) costruite non appena terminata la fase sperimentale della trifase in Valtellina.
Il rodiggio è 1' C 1', con assi motori di grande diametro; la trasmissione è con una biella a V a traliccio (sulla E.330.014 si sperimentò una biella articolata tipo Bianchi). I motori di trazione, smontabili dall'alto, funzionavano a 8 o a 6 poli, e in parallelo a 8 o a 6 poli, per cui le quattro velocità di marcia derivavano da altrettanti combinazioni; collegamento in cascata a 8 o a 6 poli, e in parallelo a 8 o a 6 poli. Il punto debole delle E.330 era il reostato a liquido, inadeguato ai servizi impegnativi a cui le macchine erano sottoposte; sulla 016 venne perciò sperimentano un diverso sistema di circolazione dell'acqua, che portò a risultati soddisfacenti.
La forma estetica delle macchine attirò loro il soprannome di “cammelli” (in origine avevano due balconcini alle estremità, davanti alle cabine; in seguito i compressori sistemati in cabina passarono esternamente, sui balconcini, che lasciarono posto a un cofano).
Progettate per treni viaggiatori pesanti e veloci (secondo i parametri del tempo, naturalmente), manifestarono limiti dovuti alla scarsa massa aderente che causava slittate agli spunti. Dal servizio originario in Valtellina le E.330 passarono poi ai depositi di Alessandria, Torino e Genova, per treni diretti con fermate frequenti (sulla Torino - Genova spesso erano impiegate in doppia trazione con le E.431 in testa ai rapidi).