X3 M / X4 M的新引擎預計也會搭載於下一代F97/F98 M3/M4。S58引擎的設計主要是來自40i系列車款所搭載的B58TU六缸引擎，但有90%的組件都是全新開發，例如：將B58的三層汽缸床墊片改為四層、增加衝程至90 mm、雙渦輪增壓，以及為了因應引擎高轉速運作，採用來自新M5、M8 S63引擎的無鉛活塞連桿軸承…等等。
S58的Intercooler間接冷卻器有專屬獨立的冷卻液迴路，並且配置位置比S55更貼近引擎，因此能有更短的進氣路徑。
另外，缸徑不變的情況下，比S55小幅增加衝程0.4 mm，但為了以高增壓值(標準版為2.2 bar；Competition款為2.3 bar)創造出更大的馬力輸出，引擎壓縮比從S55的10.2：1降為9.3：1。當然，為了提供BMW史上最強六缸動力足夠的冷卻效率，除了新型流量可達300 L/min的冷卻液主泵浦之外，還特別針對渦輪增壓器排氣側追加電子式冷卻液泵浦，再搭配新一代引擎科技亮點：3D列印汽缸頭，實現傳統工法無法完成的複雜幾何形狀，不僅提升引擎整體的溫度控管，更因減輕汽缸頭重量而降低了引擎重心。
汽缸頭核心首次採用了3D列印技術製作。其不僅可比傳統鑄造法大幅減輕重量，讓這具引擎比M3 / M4的S55引擎更輕、重心更低，最重要的是藉由此技術可製作出更複雜的冷卻水流道，讓散熱效率大大突破傳統的鑄造技術！因而得以創造出更強悍的動力輸出。
如圖的碳纖維引擎式拉桿為另外選配。
再加上最佳化的曲軸重量、使用鍛造活塞及鍛造連桿，活塞銷並施以DLC(Diamond-like Carbon)類鑽石碳的塗覆加工，以及採用LDS-coated寬弧噴塗鐵塗層的汽缸壁，使引擎高轉速下能減少機械磨耗更提升引擎反應。另外，燃油供應效率也大大提升，供油壓力從200 bar增加至350 bar，因而成就X3 M動力輸出達480hp / 5,600~7,300rpm最大馬力；X4 M Competition則達510 hp / 5,950~7,300rpm最大馬力，並皆具有600 Nm / 2,600~5,600rpm的峰值扭力，展現從靜止加速至時速100公里X3 M為4.2秒、X4 M Competition為4.1秒的堅強實力。
X3 M及X4 M Competition搭載來自新M5的M Steptronic運動化8速手自排變速箱，同時滿足賽道拼鬥的快速換檔，以及日常使用的舒適節能，提供駕駛不間斷的駕馭樂趣。
M xDrive跑車化可調式四輪傳動系統，能夠根據路況彈性分配驅動力至前後軸，無論賽道激烈操駕或是日常輕鬆駕馭，都提供最佳操控及精準性，且著重富有樂趣的後軸分配傾向，當後輪抓地力達到極限時，才會將更多動力輸往前軸，讓動力完美演繹於每條街道。即使遇到越野地形，借助於DSC動態穩定控制系統，全時不斷調節四個車輪之間的動力分配，提升了循跡性與抓地力，能輕鬆享受安心平穩的駕駛體驗。
與新M5相同的數位儀錶，會在中央上方顯示當前的動力、底盤與轉向的設定。
為提升車款出眾的操控樂趣，X3 M、X4 M Competition當然也標配了金字招牌：主動式M差速器，藉由主動鎖定後輪差速器左右分配0-100%扭力，在起步急加速、動態過彎操駕、後輪打滑甚至轉向過度，主動式M差速器都會介入，帶給駕駛更優異的循跡性與動態表現，每一道過彎與極速前駛的路徑，都可激起車主對純粹駕馭的渴望。
所搭載M Car專屬的底盤設計，均重新為此SAV車型開發滿足賽道操駕的底盤懸吊零件，包括了雙接頭彈簧柱及多連桿設計，並搭載M跑車化電子懸吊系統，可進行前後四輪獨立控制，隨著路面狀況及駕駛狀態快速改變電子阻尼力道，具有Comfort、Sport、Sport+三段模式切換，提升日常舒適性外，更加強抓地力表現。同時，源於賽車運動科技的高性能複合式煞車系統，降低重量並快速散熱，大幅提升煞車系統穩定性，成就靈敏加速與精準操控的駕馭樂趣。
新世代正宗M Car都會有的M1、M2快捷切換鍵位在方向盤左右兩側拇指輕鬆可及之處。
X3 M與X4 M沒有像新M5、M8提供2WD模式，而僅有提供4WD、4WD Sport兩種。在DSC On模式下，M xDrive會固定預設為4WD；MDM模式則為4WD Sport，若DSC Off則兩種都可選擇。
外觀部分結合奢華尊貴質感與極具動感的運動外觀造型，將BMW M純正血統特色發揮得淋漓盡致，車頭黑色高光澤雙腎形水箱護罩採用M Power專屬的雙肋條設計，並鑲嵌車型專屬M銘牌，成為不容錯認的經典特徵，而碩大的BMW M中央大型六角進氣壩及左右進氣口，滿足賽道規格散熱系統的嚴苛進氣需求。延伸至車側可見長軸距、短前後懸、類矩形的輪拱設計以及精準的車側折線，盡展M Car強悍的力量之美。而車側BMW M黑色高光澤鰓狀飾條、M專屬車外後視鏡，創造更具侵略性的肌力造型，讓人一眼便能領略銳利懾人的王者姿態。
車尾部分更特別換上直徑達100 mm的四出排氣尾管，具有兩組電控排氣閥門，不斷發出熱血激昂的M排氣聲浪(X4 M Competition標配較直通的運動化排氣管)。X3 M專屬的車頂後擾流以及X4 M Competition全新車尾後擾流設計，使車側肌力曲線延伸至尾翼，營造更為動態、性能的車尾風情。搭配20吋M款專屬輕合金輪圈(Competition版本搭配21吋Jet Black輕合金輪圈)，完美詮釋BMW X3 M、X4 M Competition的王者跑旅風範。
內裝鋪陳上，X3 M、X4 M Competition充分應證其奢華尊貴的強者姿態，一入座便能體會全新蜂巢式設計的M專屬雙前座跑車座椅，採用BMW Individual Merino真皮材質，呈現最柔軟、舒適的乘坐感受，而M專屬兩側腰部及肩部包覆，提供駕駛者完美的側向支撐，在各種速度與急彎的情況下，皆能提供最高水準的舒適安全性。
車艙內隨處可見標配的碳纖維飾板，戰鬥氛圍不斷撩撥熱血的操駕慾望，當手握M款多功能真皮方向盤，換檔撥片的切換象徵掌控速度的優越靈活性，搭配M專屬介面12.3吋多重行車模式儀表板以及M車況抬頭顯示器，聆聽harman/kardon高傳真音響系統的高品質樂音，暢快享受駕馭的無限樂趣。不容錯過的車內空間標配了40/20/40分離的可傾倒後座椅背，而X3 M後廂空間可達550~1600L，X4 M Competition後廂空間可達525~1430L，給予駕駛者性能實用兼具的超凡體驗。
