Az új M350 xDrive lágy hibrid hajtáslánca – a nyolcfokozatú automata váltóba integrált 18 lóerős villanymotorral – 443 lóerőt és 580 Nm-t képes leadni, ami 69 lóerős és 80 Nm-es növekedést jelent a régi M340i xDrive-hoz képest. A fogyasztás mindazonáltal a hírek szerint csökkent – feltehetően azért, mert a BMW-nek sikerült 66 százalékkal mérsékelnie a belső égésű motor belső súrlódását, a 18 lóerős villanymotor pedig immár több energiát képes visszanyerni a lassítások során. A csúcsmodell álló helyzetből 4,1 másodperc alatt gyorsul fel 100 km/órára, 0,6 másodperccel hamarabb, mint a nagyobb tömegű (2,2 tonnás), 912 (!) km hatótávú, 469 lóerős i3 50 xDrive, és 0,3 másodperccel hamarabb, mint a régi M 340 xDrive.
Az M350 a BMW xDrive összkerékhajtási rendszerének legújabb változatát kapta meg az új „Drift Moment” funkcióval, amely lehetővé teszi, hogy kizárólag a hátsó kerekek hajtsanak. Az eladások zömét azonban nem a hathengeres csúcsváltozat, hanem a hátsókerék-hajtású, négyhengeres, 211 lóerős 320 fogja kitenni. Már ez is igen fürge, 7,4 másodperc alatt gyorsul álló helyzetből 100 km/h-ra, végsebessége pedig eléri a 240 km/h-t. A belépő modell pedig a 156 lóerős 318-as lesz, a dízelek és a plug-in hibrid hajtásláncok 2027-ben érkeznek.
Alaposan átdolgozták a futóművet is. A 3-as új első futómű-geometriát, valamint újrahangolt, ötlengőkaros hátsó felfüggesztést kapott; emellett megnövelték a hátsó kerekek dőlésszögét, merevebbé tették a futómű bekötési pontjait, és módosították a stabilizátorok rögzítését. Opcionálisan adaptív futómű, illetve adaptív M sportfutómű is elérhető; mindkettő elektronikusan vezérelt lengéscsillapítókat alkalmaz, amelyek folyamatosan változtatják feszességüket az egyes kerekeknél.
