Под капотом новой модели BMW M5 F90 прописался модернизированный 4,4-литровый V8 twin-turbo отдача которого была увеличена с 560 до 600 «лошадей» и 700 Нм крутящего (в диапазоне от 1 800 до 5 600 об/мин). В отличие от прежнего агрегата, здесь установлены более производительные турбокомпрессоры twin scroll, давление наддува увеличено до 350 бар, изменены системы охлаждения и смазки, плюс облегченная система выпуска с регулируемым клапаном для регулировки звука. Вместо прежнего преселективного «робота» (механики, которая предлагалась в Штатах, больше нет) движок сочетается в паре с оптимизированным восьмидиапазонным автоматом фирмы ZF, а также системой полного привода M xDrive, которая позволяет полнее реализовать всю мощь и на равных конкурировать с E 63 W213
