Visokozmogljiv šestvaljni vrstni motor z novo razvito tehnologijo M TwinPower Turbo za novo BMW M3 Limuzino proizvede največjo moč 431 KM. Največji navor 550 Nm je na voljo preko širokega spektra vrtilne frekvence in izboljša vrednost, ki jo je zabeležil predhodni BMW M3, za približno 40 odstotkov. Vseeno pa motor prav tako krasi za okoli 25 odstotkov nižja poraba goriva in vrednosti emisij. Tako BMW M3 Limuzina kot BMW M4 Coupé opravita s pospeškom od 0 do 100 km/h v 4,1 sekunde.
Da bi poudarili dirkalni karakter modelov v smislu tehnične izvedbe in fine uglasitve avtomobila, so inženirji v fazi razvoja tesno sodelovali s poklicnimi dirkači BMW Motorsport. Voznika iz nemškega prvenstva turnih avtomobilov, Bruno Spengler in Timo Glock, sta sodelovala pri obsežnih testiranjih in preverjanju različnih nastavitev na dirkalni stezi Nürburgring-Nordschleife.
