Als Antriebsquellen stehen zur Markteinführung ein 4,8 Liter großer V-Achtzylinder-Benzinmotor mit 261 kW/355 PS, ein 3,0 Liter-Reihensechszylinder-Benziner mit 200 kW/272 PS und ein 3,0 Liter-Reihensechszylinder-Diesel mit 170 kW/231 PS zur Auswahl (siehe Tabelle auf den folgenden Seiten).

Serienmäßig übernimmt die Kraftübertragung beim neuen BMW X5 ein weiterentwickeltes Sechsgang-Automatikgetriebe. Die Bedienung erfolgt über einen erstmals im neuen BMW X5 präsentierten elektronischen Gangwahlschalter. Das Schaltschema entspricht dabei der bei einer Automatik üblichen Anordnung, allerdings fährt der Wahlschalter nach jeder Betätigung in seine Ausgangsposition zurück. Um die manuelle Fahrstufenwahl zu aktivieren, genügt es, den Schalter nach links zu drücken. In der Folge können Gänge per Hand sequenziell geschaltet werden. Ein Display im Schalter und eine Anzeige im Kombi-Instrument weisen auf die aktuell gewählte Fahrstufe hin. Die Steuerung des Getriebes wird beim X5 also nicht mehr mechanisch, sondern über elektrische Signale vorgenommen.  

Die Kraftverteilung zwischen den Achsen erfolgt beim neuen X5 über den modifizierten intelligenten xDrive-Allradantrieb: In normalen Fahrsituationen wird dabei das Antriebsmoment im Verhältnis von 40 : 60 zwischen Vorder- und Hinterrädern verteilt. Durch seine elektronische Steuerung sorgt xDrive darüber hinaus für eine variable Kraftverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse, sobald die Fahrsituation oder die Untergrundbeschaffenheit dies erfordern. Über ein Verteilergetriebe mit elektronisch gesteuerter Lamellenkupplung kann xDrive so beispielsweise auch der Tendenz zum Über- oder Untersteuern in Kurven entgegen wirken.