全新的M5搭载插电式混动系统，匹配4.4升V8涡轮增压发动机，是M车型专用的首款M5插电式混合动力系统，与驱动系统“M xDrive”相结合。该发动机在5600-6500rpm时可产生430kW（585PS）的最大输出功率，在1800-5400rpm时可产生750牛·米的最大扭矩，搭配容量为22.1kWh的电池和可产生145kW（197PS）的电动机。双涡轮增压发动机是一项直接与赛道驾驶相结合的技术，以1/1000秒的速度进行工作。通过将两个双涡流涡轮放置在相对气缸的排气管上，将动力施加在理想的间隔，无延迟或干扰，从而产生敏锐的响应和平稳、强大的加速。
此外，电动机被集成到专为 BMW M 车型开发的 8 速 M Steptronic 变速器的壳体中，采用宝马集团获得专利的预传动技术，可以将峰值扭矩提高到450牛·米，相当于一台发动机，总系统最大输出为535kW（727PS），最大扭矩为1000牛·米。还可以仅依靠电力运行，纯电续航里程可达70公里。
M xDrive基于BMW xDrive智能全轮驱动系统和主动M差速器，并由专为M车型开发的控制系统“驾驶动态控制”控制。此外，它还配备了DSC（动态稳定控制），支持车辆从稳定的日常驾驶到赛道驾驶的稳定驾驶。基本设置是“DSC on 4WD模式”，在M动态模式（MDM、4WD Sport）下，后轴的驱动扭矩分配增加，后轮滑移能力增加，从而可以实现更多样化的操控。还有一种后轮驱动“2WD 模式”，可以在 DSC 关闭时选择。
外观采用M特有的空气动力学保险杠和装饰，安装了黑色散热格栅格栅，带有发光功能，在夜间驾驶时可以照亮BMW标志，前挡泥板比5系宽75毫米，前挡泥板特点包括碳纤维后扰流板、以及带有专门设计的扩散器的M专用后保险杠。长宽高分别为5096/2156/1510毫米，轴距为3006毫米。
此外，内饰的按键数量较前代车型大幅减少，给人一种流线型、精致的印象。 BMW曲面显示屏由最新的12.3英寸信息显示屏和14.9英寸控制显示屏组成，并标配BMW交互条，以及M色氛围灯根据驾驶员偏好的驾驶模式艺术营造车内空间。
V8发动机可能给人一种豪华车发动机的印象，发动机在高旋转范围内会造成排气干扰，为了克服这一问题，宝马采用了一项专有技术，将废气形成对流，从而在不降低高转速动力的情况下产生爆发力。
