内饰方面，新车采用了宝马最新的家族风格，整体风格为豪华运动氛围。其方向盘带有红色的M驾驶模式切换按钮和红色的回正标，新车采用了双连屏设计（12.3+14.9英寸），车机系统为OS 8.5。
作为宝马M品牌首款高性能混合动力轿车，采用了源自勒芒24小时耐力赛BMW M Hybrid V8赛车的高性能混动技术。新车搭载的是4.4T V8发动机+单电机组成的插混系统，系统综合功率达到727马力（535kW），综合扭矩达到了1000N·m。其中，4.4T发动机的最大功率为585马力，电机的功率为197马力，电池组大小为14.8kWh。在纯电模式下，其可以行驶40km。
传动系统匹配的是8速M Steptronic自动变速箱，其0-96km/h的加速为3.4秒，0-100km/h的加速为3.5秒，极速达到250km/h。如果选装了M Driver套件，极速可达306km/h。但需要提出的是，由于车身更重，其0-96km/h的加速相比老款要慢了0.2秒。
全新M5采用前双叉臂、后五连杆的悬架结构，但相比5系进一步的加强，经过了M研发部门的专属调校。宝马M自适应悬架系统是新车的标配，并能够根据驾驶模式让车主进行驾驶模式的自定义。驾驶模式上，新车有Comfort、Sport、Sport Plus、Dynamic和Dynamic Plus几种可以选择，在舒适模式下，发动机和电机将提供更平顺的动力，发动机还经常会关闭。而运动模式则是发动机保持一直启动。
Dynamic和Dynamic Plus则提供更完整的M5体验，这两个模式也主要是针对赛道进行打造，同时将xDrive四驱系统切换到了后驱的模式，能够提供更好的动态体验。M车型独有的M精英驾驶模式，可开启赛道模式。此外，还可通过M圈速计时功能直观了解圈速表现，或通过Boost Control带来更酣畅淋漓的加速体验。可变运动型转向系统与Servotronic助力转向系统，加上自适应M运动悬架和整体主动转向系统，提供了更好的操控表现。