Das 3,0 Liter große Reihensechszylinder-Triebwerk, das im BMW M3 CS Touring zum Einsatz kommt, wurde von Beginn an für Performance auf der Rennstrecke konzipiert und verfügt über zahlreiche Technologie-Details aus dem Motorsport. Dazu zählen ein besonders steifes Kurbelgehäuse in buchsenloser Closed-Deck-Bauweise, eine geschmiedete Leichtbau-Kurbelwelle und ein im 3D-Druck-Verfahren gefertigter Zylinderkopf-Kern. Auf den ebenfalls gewichtsoptimierten Zylinderlaufbahnen sorgt eine im Lichtbogendrahtspritz-Verfahren (LDS) aufgebrachte Eisenbeschichtung für reduzierte Reibleistungsverluste. Auch Kühlsystem und Ölversorgung sind für konstant hohe Belastungen bei hochdynamischen Fahrten auf abgesperrten Strecken ausgelegt.
Die Antriebseinheit kombiniert die M typische Hochdrehzahl-Charakteristik und die bis in hohe Lastbereiche lineare Kraftentfaltung mit einer weiterentwickelten M TwinTurbo Technologie. Eine Steigerung des maximalen Ladedrucks der beiden Mono-Scroll-Turbolader auf 2,1 bar sowie eine spezifische Abstimmung der Motorsteuerung ermöglichen es, die Höchstleistung gegenüber dem Antrieb des BMW M3 Competition Touring mit M xDrive um nochmals 15 kW/20 PS auf 405 kW/550 PS zu steigern. Das maximale Drehmoment von 650 Nm stellt das Triebwerk bereits im Drehzahlbereich zwischen 2 750 und 5 950 min-1 zur Verfügung. Seine maximale Leistung erreicht es bei 6 250 min-1, die Höchstdrehzahl beläuft sich auf 7 200 min-1.
Darüber hinaus sorgt eine modellspezifische Motorlagerung mit erhöhter Federrate für eine besonders straffe Anbindung der Antriebseinheit an die Fahrzeugstruktur. Dies führt zu einem optimierten Ansprechverhalten und einer extrem direkten Übertragung der Kraft auf den Antriebsstrang. Die spontan einsetzende Leistungsentfaltung verhilft dem BMW M3 CS Touring zu einem Beschleunigungswert von 3,5 Sekunden für den Spurt von null auf 100 km/h. Tempo 200 wird aus dem Stand bereits nach 11,7 Sekunden erreicht. Die nach der „1-Foot-Rollout“-Methode* ermittelten Werte betragen 3,2 Sekunden für den Spurt auf Tempo 100 und 11,4 Sekunden für die Beschleunigung auf 200 km/h. Der Zwischenspurt von 80 auf 120 km/h gelingt im 4. Gang in 2,7 Sekunden, im 5. Gang benötigt er dafür 3,5 Sekunden. Die Höchstgeschwindigkeit des serienmäßig mit dem M Driver’s Package ausgestatteten Sondermodells wird elektronisch auf 300 km/h limitiert.
Für einen emotionsstarken Antriebssound sorgt die M spezifische Abgasanlage mit elektrisch gesteuerten Klappen, gewichtsoptimiertem Titan-Endschalldämpfer sowie den beiden M typischen, mattschwarz lackierten Endrohrpaaren. Die akustische Präsenz des Antriebs ist dabei an die im M Setup Menu wählbare Motorcharakteristik gekoppelt. In den Modi SPORT und SPORT+ wird eine Soundausprägung aktiviert, die insbesondere die Fahrstufenwechsel und die damit verbundenen Drehzahlsprünge effektvoll inszeniert.
Der Motor des BMW M3 CS Touring wird mit einem 8-Gang M Steptronic Getriebe einschließlich Drivelogic kombiniert. Mit dem in den Gangwahlschalter integrierten Drivelogic Taster lässt sich die Schaltcharakteristik des Getriebes in drei deutlich voneinander unterscheidbaren Stufen variieren. Neben einer komfortorientieren und einer sportlichen Ausprägung lässt sich auch eine speziell für den Einsatz auf der Rennstrecke optimierte Einstellung anwählen. Neben dem Gangwahlschalter ermöglichen auch die Carbon-Schaltwippen am Lenkrad sequenzielle Eingriffe in die Fahrstufenwahl.
Auf die Straße gelangt die Kraft des BMW M3 CS Touring über das Allradsystem M xDrive. Es verteilt das Antriebsmoment mithilfe einer elektronisch gesteuerten Lamellenkupplung im Verteilergetriebe stufenlos und vollvariabel zwischen den Vorder- und Hinterrädern und gewährleistet auch bei forciertem Einsatz auf der Rennstrecke eine ausdauernde Allrad-Performance. In Kombination mit dem ebenfalls vollvariabel agierenden Aktiven M Differenzial im Hinterachsgetriebe fördert die hinterradbetonte Auslegung des intelligenten Allradsystems die M typische Fahrdynamik. Über das M Setup Menü kann außerdem der Modus 4WD Sport gewählt werden, in dem ein nochmals höherer Anteil des Antriebsmoments an die Hinterräder geleitet wird. Für ein besonders puristisches Fahrerlebnis bietet der Modus 2WD bei deaktivierter Fahrstabilitätsregelung DSC (Dynamische Stabilitäts Control) auch einen klassischen Hinterradantrieb.