Η BMW θεωρεί πως η X3 M θα γίνει το best seller M μοντέλο της παγκοσμίως. Επί του παρόντος η M2 Competition κρατά τα πρωτεία σε ότι έχει να κάνει τις καλύτερες πωλήσεις, ακολουθούμενη από τις M3 και M5.

Το αυτοκίνητο φορά τον S58 3,0-λιτρο twin-turbo εξακύλινδρο κινητήρα που αποδίδει 480 άλογα με 600 Nm ροπής στην απλή έκδοση και 510 άλογα με 600 Nm ροπής στην έκδοση Competition. Ο κινητήρας διαθέτει σφυρηλατημένο στροφαλοφόρο άξονα, ενώ σε συνδυασμό με τις υπόλοιπες αναβαθμίσεις, έχει βελτιωμένο όριο περιστροφής σε σχέση με τον S55, μιας και ο νέος κινητήρας μπορεί να στροφάρει έως τις 7.200 σ.α.λ.

Συνδυάζεται με το 8-τάχυτο αυτόματο κιβώτιο ταχυτήτων M8HP75 της ZF, με τα 0-100 χλμ/ώρα να έρχονται σε 4,2 δευτερόλεπτα στην απλή έκδοση και σε 4,1 δευτ. στην Competition, με την τελική ταχύτητα να περιορίζεται ηλεκτρονικά στα 250 χλμ/ώρα, αλλά με το M Driver’s πακέτο αυτή ανεβαίνει στα 280 χλμ/ώρα στην απλή έκδοση και στα 285 χλμ/ώρα στην Competition.

Η κίνηση μεταφέρεται σε όλους τους τροχούς, με το σύστημα τετρακίνησης να προέρχεται σχεδόν αυτούσιο από την M5, αλλά δεν διαθέτει την λειτουργία που θα έκανε το μοντέλο πισωκίνητο, μιας και η BMW έκρινε πως κάτι τέτοιο δεν ταιριάζει με την φιλοσοφία των X μοντέλων της. Φέρει M ενεργό διαφορικό, M ενεργή ανάρτηση και M Servotronic σύστημα διεύθυνσης με μεταβλητό λόγο υποπολλαπλασιασμού.