Modely s prívlastkom divízie „M“ poháňa doteraz najvýkonnejší benzínový radový 6-valcový motor v histórii. Novovyvinutý vysokootáčkový motor s technológiou M TwinPower Turbo dodáva z objemu 3,0 litra maximálny výkon 353 kW (480 k) a krútiaci moment 600 Nm. Verzia pohonnej jednotky s dvoma turbami vyvinutá špeciálne pre modely BMW X3 M Competition a BMW X4 M Competition dostala výkon, ktorý narástol o 22 kW (30 k) na 375 kW (510 k).
Nový výkonný motor spolupracuje tradične s 8-stupňovou prevodovkou M Steptronic s funkciou Drivelogic. Taktiež využíva systém pohonu všetkých kolies M xDrive, ktorý sa prvý raz predstavil v modeli BMW M5. Vďaka tomu sa výkon spoľahlivo dostane na vozovku. Systém M xDrive preferuje zadné kolesá a majiteľom modelov BMW X3 M a BMW X4 M ponúka dva jazdné režimy pohonu všetkých kolies. Centrálne ovládaná spolupráca medzi pohonom všetkých kolies M xDrive a aktívnym M diferenciálom na zadnej náprave umožňuje rozdeľovanie výkonu motora medzi všetky štyri kolesá tak, aby zaručil optimálnu trakciu, obratnosť a smerovú stabilitu. Oba modely, BMW X3 M aj BMW X4 M, zvládnu šprint z 0 na 100 km/h za 4,2 sekundy, zatiaľ čo verzie Competition dosiahnu rýchlosť 100 km/h za 4,1 sekundy.
Spojenie dynamiky a precíznosti, ktorým sa preslávili modely značky BMW M, umocňujú špecifické výstuže karosérie a premyslená technológia podvozka detailne vyladená tak, aby zvládla preniesť na vozovku výkon motora. Tri úrovne nastavenia M elektronicky riadených tlmičov sa ovládajú tlačidlom a poskytujú výnimočný komfort pri každodennom jazdení, ako aj extrémne priamy kontakt s vozovkou a zaručujú minimálne pohyby volantu aj karosérie. Na mieru upravená kinematika a elastokinematika s dvojitým lichobežníkovým zavesením prednej nápravy a viacprvkovým zavesením zadnej nápravy zaručuje precíznu pozíciu kolesa voči vozovke a stará sa o ideálnu smerovú stabilitu. Podvozok takisto prináša presné ovládanie vozidla aj pri jazdení na hrane. K tomu pomáhajú aj M špecifické riadenie a výkonné M kompozitné brzdy. Súčasťou štandardnej výbavy sú okrem iného aj 20-palcové M disky kolies z ľahkých zliatin. Rovnako ako tlmiče či systém M xDrive, stlačením ovládača možno meniť aj prejavy motora, prevodovky a riadenia. Stabilizačný systém DSC dovoľuje v režime M Dynamic kontrolovaný preklz kolies a treba podotknúť, že ho možno aj úplne vypnúť. Plusom je, že obsah zobrazovaný na head-up displeji si vodič môže upraviť podľa svojich potrieb cez ponuku iDrive. Vodič si môže prostredníctvom menu iDrive uložiť dva druhy celkového nastavenia vozidla, zvolených z vyššie spomínaných parametrov a následne ich vyvolať jedným z dvoch M tlačidiel na volante.
Na slovenskom trhu sa nové modely objavia už v priebehu tohto roka.
