Voor de aandrijving zorgt een 3.0 liter zes-in-lijn met TwinPower Turbo-technologie. De krachtbron is volgens BMW volledig nieuw ontwikkeld voor beide modellen en levert met een vermogen van 431 pk meer power dan de achtcilinder in de vorige M3. Het koppel is met 40 procent toegenomen tot 550 Nm. Bovendien is het koppel binnen een breed toerenbereik beschikbaar, van 1.800 tot 5.390 tpm.

Smokey Burnout-functie
In combinatie met de optionele M Double Clutch Drivelogic zevenversnellingsbak met launch control, volbrengen beide modellen de sprint van 0-100 km/u in 4,1 seconden. De launch control is ook voorzien van een Smokey Burnout-functie, die enige wielspin en dus rokende banden tolereert bij volle acceleratie. De topsnelheid is begrensd op 250 km/u. Met het M Driver’s Package is dat 280 km/u.

CFRP
Het gewicht van de nieuwe M3 is met 80 kilogram verminderd en het verbruik is 25 procent gunstiger. Dat komt neer op een gemiddelde van 8,3 l/100 km en 194 g/km CO2 voor beide modellen. De gewichtsreductie is bereikt door onder meer een uit CFRP opgetrokken dak, aandrijfas en uitlaatuiteinden. Tevens is er volop aluminium gebruikt. De M4 weegt zodoende slechts 1.497 kilogram.

Gecontroleerd driften
De M3 en M4 zijn uitgerust met het Active M Differential, een elektronisch aangestuurd limited-slip differentieel. In combinatie met M Dynamic Mode is een dynamisch karakter gegarandeerd, want deze functie laat enige wielslip toe om driften met de auto mogelijk te maken. Electric Power Steering is eveneens standaard om het rijkarakter, de wegligging en de reacties op het gaspedaal naar believen in te stellen.