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日本の名車であり、そのエクステリアデザインも唯一無二の存在としてインパクトを残した「マツダ：コスモスポーツ」は「ロータリーエンジン」を搭載したモデルでもありました。しかし、世界で最初にロータリーエンジンを搭載した量産車は、1964年に発表されたNSU（アウディのルーツにあたる社のひとつ）の「ヴァンケルスパイダー（シングルロータリーエンジン搭載）」でした。
1967年5月に発表された「マツダ：コスモスポーツ」は量産・市販可能な世界初の2ローターエンジン搭載車として世界で知られる名車となりました。ちなみに「10A型：ロータリーエンジン」は、多気筒（マルチローター）ロータリーエンジンとしても世界初の市販車用エンジンとなりました。後に「ロータリー四十七士」と呼ばれた開発陣は「チャターマーク」や「シール」などといったロータリーエンジン独特の問題を解決し、ロータリーエンジン本来の長所である小型・軽量・低振動のユニットを完成させたのでした。
「10A型：RE（ロータリーエンジン）」は、全高わずか1,165mmという宇宙船を思わせる斬新なスタイルのボディに搭載されました。イタリア語で「宇宙」を意味する「コスモ」というモデル名は、このスタイルから命名されたとも言われています。このエクステリアは、ロータリーエンジンの小ささを訴求するためにも十分のものでした。
「10A型：ロータリーエンジン」は、5つのハウジング（2つの筒と3枚の板）で構成されており、開発目的が量産規模の小さいスポーツカー搭載用であるため、エンジンは0813 13 101cの2台のローターハウジング迄含み全て総アルミニウム合金が採用されていました。
また「10A型：ロータリーエンジン」は、それ以降「ファミリアロータリークーペ」、「サバンナRX-3」などに搭載されましたが、「コスモスポーツ」以後の量産モデルでは、サイドハウジング（フロント、インターミディエイト、リアの3枚）が鋳鉄に変更されています。さらに、「コスモスポーツ」の「10A型：ロータリーエンジン」は、炭素鋼が溶射されており高価かつ手の込んだものであるのに対し、「10A型：ロータリーエンジン」より後のエンジンでは、特殊鋳鉄を高周波焼入れ加工したものが採用され、量産化・低コスト化が図られています。また、加工法も「コスモスポーツ」の砂型鋳造に対し金型鋳造とされ、大量生産されました。「10A型：ロータリーエンジン」は排気量：491 cc ×2、9.4の高圧縮比とツインプラグによって、最高出力：110 PS /7,000 rpm、最大トルク：13.3 kgf·m /3,500 rpm を発揮しました。
当時としては高度なスペックで、サスペンションシステムは、フロントがダブルウィッシュボーン+コイルスプリングの独立懸架、リアは独立懸架こそ断念されたものの、バネ下重量の軽減を図り、ド・ディオンアクスルをリーフスプリングで吊る形式が採用されました。ステアリングギアにはクイックなラック・アンド・ピニオン形式を採用しています。
トランスミッションは4速フルシンクロで、ブレーキシステムは前輪がダンロップ型ディスク、後輪はアルフィン・ドラムでした。なおブレーキは前後2系統が独立したタンデムマスターシリンダー式となっており、どちらかが故障した場合に備えた安全性の高いものとなっていたのです。ロータリーエンジンは極力低く、そして後方に配され、のちの「マツダ」のアイデンティティーともなるフロント・ミッドシップの発想が既に生かされていました。重量物であるバッテリーは、前期型ではトランクに置かれ、後期型では助手席後部に設けられたツマミで開閉する蓋付きのケースに収められるという拘りでした。しかも、車重は940kgと軽量化が図られています。
ロータリーエンジン搭載用に専用設計されたボディはセミモノコック方式が採用されていました。ボディは開口部以外には継ぎ目がなく、ハンドメイドでした。また、開口部のリッド類は来たるべき高速時代を見越して、全て安全な前ヒンジ（エンジンフードは逆アリゲーター）とされました。開発当初、当時の社長である「松田恒次」氏から「売り出すつもりのないイメージカーだ」といわれたからこそ、この思い切ったスタイリングが生まれたといわれています。
全高は1,165 mmと低く、「軽量コンパクトなロータリーエンジンでなければ成しえないデザインを」という、学芸大卒業のマツダ初のデザイナー「小林平治」氏の意図はその低さに結実し、伸びやかなリア・オーバーハング、ボディー中央を走るプレスラインとあいまって、「コスモスポーツ」の未来的なイメージをさらに強調しています。ボンネットの低さとエンジンフード（リッド）の小ささは、「ロータリーエンジン」のコンパクトさを暗示しています。また、バンパーを境に上下に分けたテールランプも特徴的なポイントです。
インテリアデザインは、「相馬亮一」氏をチーフとする内装チームが担当しています。特徴としては、フルパッドのダッシュボードに組み合わされるアルミニウムのインパネは艶消しの黒で統一され、無反射ガラスの7連メーター（左から時計、燃料計、電流計、速度計、回転計、油温計、水温計の順）が配置されています。
インテリアは天井も含めて黒のビニールレザーのフルトリムとされ、通気性を考慮し、シート中央のみ白黒の千鳥格子柄のウールを使用しています。また前期型の「L10A型」は法制化前のため、ヘッドレストが無いことも特徴です。さらに前後に調節可能（テレスコピック）な3本スポークのウッドステアリングホイール（一部、1970年 – 1971年式：ナルディ社製Φ380）が標準となっています。床敷物は真っ赤な絨毯で、シフトノブは自然に手を下ろした位置にあり、腕を大きく動かすこと無く操作できるショートストロークとなっています。クラリオン製オートラジオ、トグルスイッチを上下に作動させるタイプのセミオート・アンテナ、メーター照度調節、ホーン音質切替え（市街地用、高速用）、2スピードワイパー（払拭中にスイッチを切っても停止位置に復帰するタイプ。高速時の浮き上がりを防止するフィン付き）、さらにマップ・足元（ドア開閉連動）・グローブボックス・トランクの各ランプなども標準で装備されていました。ドライバー重視ということは、ドアは二段チェッカーということも挙げることができます。これは、スマートに乗り降りできるように考えられていたようです。座席の後ろには手荷物を置くためのスペースが設けられ、固定用ベルトも装備されていました。リアガラスは非常に曲率の大きなものが用いられ、室内の開放感を高めていました。このリアガラスですが、「RX-8」、および歴代の「RX-7」のリアガラスは、このオマージュとされています。助手席側サンバイザー裏面には鏡、足元にはフットレスト、グローブボックス脇にはアシストグリップも装備されていました。
1968年（昭和43年）8月、「mazda110S」の名で「コスモスポーツ」は、ニュルブルクリンクで行われた84時間耐久レース「マラトン・デ・ラ・ルート」に挑戦しました。このレースは、生産車のスピードと耐久性が競われる文字通りのマラソンレースで、ポルシェ、ランチア、BMW、SAAB、オペル、シムカ、ダットサンなどと激戦を展開しました。結果は、完走を果たすのみならずポルシェ・ランチアに次ぐ総合4位（順位は84時間後の走行距離で決められる）入賞となっています。参加59台中、完走はわずか26台でした。