宝马M5雷霆版使用了一台4.4升V8双涡轮增压发动机，这台发动机型号和M5是相同的，是S63B44T4全新产品，最大功率是626马力，比M6上面那台多了26马力，调校不同，最大扭矩是750牛米，最大功率转速是6000rpm，最大扭矩转速是1800-5860mm。

变速箱方面，宝马M5雷霆版使用了一台8挡手自一体变速箱，变速箱的换挡逻辑可以分3段进行调整，平顺和暴力就在弹指一挥间。

宝马M5雷霆版发动机还使用了M TwinPower Turbo技术，重新调校之后的动力更激进了许多，百公里加速能到3.5秒。

M5雷霆版的发动机有八个缸，供油方式为直喷的，缸盖和缸体材料为铝合金的，满足了国六排放，燃油标号为95号。