Κάτω από το καπό της υπάρχει ο αναβαθμισμένος 4.4 V8 TwinPower υπερτροφοδοτούμενος κινητήρας που συναντάμε στις X5 M & X6 M. Είναι τεχνολογίας twin-scroll με ένα υπερτροφοδότη ανά σκέλος κυλίνδρων, άμεσου ψεκασμού, διαθέτει σύστημα Valvetronic, double-Vanos και τρία προγράμματα «χαρτογράφησης» (τα Efficient, Sport, Sport Plus).
Αποδίδει 560 PS στις 6.000-7.000 rpm με την μέγιστη ροπή των 680 Nm να αποδίδεται σε ένα ευρύ εύρος στροφών (στις 1.500-5.750 rpm). Με περίσσεια ισχύος η νέα M5 δεν δυσκολεύεται να «πιάσει» τα 0-100 km/h σε 4,4 sec (τα 0-200 km/h σε 13 sec) ενώ στο πακέτο «M-Driver» η τελική φτάνει τα 305 km/h.
Η νέα Μ5 είναι 53 PS ισχυρότερη από την προηγούμενη, 0,3 sec ταχύτερη από την προηγούμενη και με πολύ χαμηλότερη κατανάλωση (9,9 lt/100 km αντί 14,8!) με εκπομπή CO2 232 g/km. Είναι ταχύτερη από την Mercedes-Benz E 63 AMG αλλά λίγο πιο αργή από την Porsche Panamera Turbo. Η αναλογία κιλών ανά ίππο διαμορφώνεται στο 3,3 kg/PS ενώ το σύστημα πέδησης με εξαπίστονες δαγκάνες αποτελείται από αεριζόμενους δίσκους 400x36mm εμπρός και 396×24 πίσω.
Την μετάδοση της ισχύος στους πίσω τροχούς αναλαμβάνει κιβώτιο ταχυτήτων διπλού συμπλέκτη (M-DCT Drivelogic, με τρεις auto επιλογές, δύο manual) της Getrag με 7 σχέσεις το οποίο έχει λειτουργία launch control με το ηλεκτρονικό σύστημα ευστάθειας απενεργοποιημένο. Η ροπή περνά στους πίσω τροχούς μέσω του ηλεκτρονικά ελεγχόμενου διαφορικού (Active M Differential) που συνδυάζεται με πολύδισκο περιορισμένης ολίσθησης με βαθμό κλειδώματος από τροχό σε τροχό από 0 έως 100% σε ένα κλάσμα του δευτερολέπτου. Η μονάδα του διαφορικού επεξεργάζεται δεδομένα από το σύστημα ευστάθειας (DSC ή Dynamic Stability Control), την θέση του πεντάλ γκαζιού, την περιστροφική ταχύτητα των τροχών και το μέγεθος της επιτάχυνσης του αυτοκινήτου.
Το εξαιρετικό τεχνολογικά σασί της νέας M5 συμπληρώνουν τα ηλεκτρονικά ελεγχόμενα αμορτισέρ (M Dynamic Mode). Το σύστημα DDC (Dynamic Damper Control) χρησιμοποιεί ηλεκτροϋδραυλικά αμορτισέρ με τρείς επιλογές όσον αφορά την ρύθμισή τους. Παρόλο που οι συμβατικές «πεντάρες» χρησιμοποιούν ηλεκτρομηχανική κρεμαγέρα η νέα M5 διαθέτει υδραυλική (M Servotronic).
