Contrairement à ses prédécesseurs, la M5 F90 a obtenu pour la première fois une transmission intégrale. Elle a été conçue pour la dynamique de conduite. Le moteur de 4,4 litres a été repris par la berline du modèle précédent.

Avec une puissance maximale de 600 ch, la nouvelle M5 était aussi puissante que les modèles spéciaux "M5 Compétition" et "30 Jahre M5" du modèle précédent, le couple maximal étant supérieur de 750 Newton mètres.

Une transmission automatique à huit vitesses avec convertisseur de couple est maintenant utilisée comme transmission. La berline accélère de 0 à 100 km/h en 3,4 secondes, les 200 km/h sont atteints après 11,1 secondes. La vitesse maximale est contrôlée électroniquement à 250 km/h ou, sur demande, à 305 km/h.