V oba avtomobila je vgrajen S55 turbinski šestvaljnik, ki razvije 431 konjskih moči. Največji navor je 560 Nm kar je kar 40% več od predhodnjega S54 motorja. Zaradi moči, ki jo premore, so bili pri BMW posebej pozorni na ustrezen nadzor motorja vedoč, da bodo ta vozila veliko na dirkalnih stezah. Tako so avto opremili z ročično gredjo iz kovanega jekla in M vzmetenjem z aluminiastimi komponentami. Dodatne ojačitve sicer povzročijo nekoliko bolj trdo in neudobno vožnjo, vendar je s tem odzivnost veliko boljša. Na voljo so tri nastavitve podvozja: Comfort, Sport in Sport+.
Napredek je tudi v ekonomičnosti porabe goriva, ki je izboljšana za 25%. M3/M4 kažeta stopnjo tehnološke zmogljivosti in kreativnosti, ki je bila pri starem motorju S54 in modelu M3 nepredstavljiva.
