E39采用了4.9L V8发动机，并且改款发动机拥有48个气门，最大功率294kW(400Ps)，最大扭矩501Nm。

　　E39终于换装了V8发动机，其实在E34这一代宝马本来有意要采用V8发动机，由于当时的主流还属于六缸发动机，所以V8发动机到E39才被使用。除了采用V8发动机外，E39的传动系统也增加了双离合变速箱，同时在后轴上增加了限滑差速器，带来更强的驾驶感受。

E60装备了5.0升10缸发动机，最大功率372kW(507Ps)，采用第三代7速SMG序列式变速器，百公里加速仅需4.7s，极速超过320km/h（电子限速为250km/h）。

　　从E39的V8发动机，到E60直接上升到了V10发动机，机械性能在这一代M5上面得到爆发，无论是加速性能还是最高速度都可以比肩超跑，而在底盘调校方面，E39依旧保持了轿车的舒适度。

F10这一代采用了4.4L双涡轮增压引擎，最大功率达到411kW(560Ps)，扭矩达到了680Nm。

　　为了符合环保的大趋势，这一代M5放弃了V10的大排量自然吸气发动机，又回到了V8发动机。不过，这台4.4L V8的双涡轮增压发动机却爆发出了更强的性能，百公里加速时间也从原来的4.7s提升到了4.4s。