Le constructeur munichois a, enfin, donné les informations techniques sur le V8 qui équipera la M3. Ce moteur de 3999 cm³ délivrera une puissance de 420 chevaux (309 kW). Ses caractéristiques les plus remarquables concernent le poids (220 kg) et son régime maximal de 8300 tr/min. Le couple, disponible sur une large plage, affiche une valeur de 400 Nm à 3900 tr/min.

Fabriqué en alliage léger fait d'un mélange d'aluminium et de silicium, le moteur dispose d'un papillon des gaz individuel pour chaque cylindre. Il reçoit aussi un système de calage variable des arbres à cames double Vanos spécifique, fonctionnant à basse pression. La gestion électronique est aidée par le courant ionique permettant une détection des ratés et cliquetis dans la chambre à combustion. L'échappement a été étudié pour diminuer les émissions. D'ailleurs, ce V8 respecte les normes antipollution Euro 4 et LEV 2 (USA).

La M3 récupèrera également l'énergie dissipée au freinage. Le système Brake Energy Regeneration concentre la production d'énergie électrique pour le réseau de bord sur les phases de décélération et de freinage. Dès lors, la batterie de la voiture est chargée sans faire appel à la puissance du moteur. Lors des phases d'accélération, le générateur est en règle générale déconnecté ce qui donne un surcroît de puissance à l'accélération.