ATRAC3 ist eine von ATRAC abweichende Audiokompression. Sie arbeitet in zwei Modi, dem LP2- und dem LP4-Modus mit Kompressionsraten von 10:1 und 20:1.

Im Gegensatz zu dem Standardverfahren von ATRAC werden die Signale bei ATRAC3 über drei Quadrature Mirror Filter (QMF) in vier Frequenzanteile gefiltert: von 0 bis 2,75 kHz, von 2,75 kHz bis 5,5 kHz, von 5,5 kHz bis 11 kHz und von 11 kHz bis 22 kHz. Die Qualität entspricht im Wesentlichen der von MP3; die Klangqualität von Ogg Vorbis, AAC+ und der AAC-Kompression wird allerdings nicht erreicht. Die obere Frequenzgrenze von ATRAC3 im LP2-Modus liegt bei 17,5 kHz. Dieser Modus arbeitet mit einer Datenrate von 132 kbit/s, die sich aus der Halbierung der Datenrate von 292 kbit/s für Stereo ergibt, abzüglich 14 kbit/s, die für die Unterdrückung von störenden Signalen bei der Wiedergabe auf älteren Musikplayern gebraucht werden.

Um die Aufzeichnungslänge von Musikstücken zu erhöhen, wird im LP4-Modus die Datenrate auf 66 kbit/s halbiert, was eine entsprechend geringere Klangqualität zur Folge hat. LP-4 hat eine obere Frequenz von 13,5 kHz und eignet sich bestens für Sprachaufnahmen.