与新的M3发动机的来源一直，与X3M与X4M这些SUV中的功率即常规版473 hp和竞赛版的503 hp相同，但扭矩参数有差异。SUV得到全性能的442 lb-ft，而M4得到的是常规版406 lb-ft和竞赛版479 lb-ft。新M4在常规版和竞赛版分别较上一代提高了48 hp和29 hp；甚至比上一代强大的M4 GTS还跃升了10 hp。宝马声称常规版M4的零至60 mph的加速时间为4.1秒，竞赛版为3.8秒，相比上一代均有提升。
这款3.0升直列六缸双涡轮增压S58发动机基于宝马的模块化B58基本型，与上一代M系车型搭载的S55一样，它配备了两个单涡轮增压器，采用喷涂缸套和锻造曲轴。S58最酷的新功能是更轻，冷却优化的气缸盖，经过3D打印的铸芯比典型的砂芯要精确得多，尺寸、重量控制更精确并有助于更好的冷却。
常规版基本型M4继续提供六速手动变速箱，增加转速匹配功能，可以防止意外的后轮减速（在这种情况下提高主动驾驶期间的方向稳定性，也可以将其关闭）。竞赛版配置了由ZF提供的拨片换挡八速M 手自一体自动变速器。虽然其重量比手动变速器重50磅，并且向前移动了一些重心位置，但无疑是更强大的S58发动机的最佳搭档。2021年夏季开始，BMW M4首次提供M xDrive竞赛车型，它始终将扭矩传递到后驱动桥，运动模式下向前车桥输出的扭矩更小，并且包括后轮驱动模式，但需要关闭车辆稳定性控制，这将带来新的驾驶体验。