Najmocniejszy 6-cylindrowy rzędowy silnik benzynowy w historii BMW, jaki znalazł się pod maskami tych SUV-ów, gwarantuje wyjątkowe osiągi. Wysokoobrotowa jednostka napędowa z doładowaniem M TwinPower Turbo generuje maksymalną moc 480 KM przy pojemności 3 litrów i momencie obrotowym 600 Nm. W wersji z dwoma turbosprężarkami opracowanej specjalnie do BMW X3 M Competition i X4 M Competition moc zwiększono do 510 KM. Nowe SUV-y BMW przyspieszają od 0 do 100 km/h w 4,2 sekundy, natomiast warianty Competition osiągają 100 km/h ze startu zatrzymanego w zaledwie 4,1 sekundy.
Silnik współgra z 8-stopniową skrzynią biegów M Steptronic z układem Drivelogic. Sprawne przenoszenie mocy na drogę zapewnia napęd na cztery koła M xDrive, który zadebiutował w BMW M5. System przekazuje większość momentu obrotowego na tylną oś oraz zapewnia właścicielom X3 M i X4 M dwa tryby jazdy z napędem na cztery koła. Współpracuje on z aktywnym mechanizmem różnicowym M na osi tylnej, co umożliwia układowi napędowemu na rozdzielanie mocy silnika na poszczególne koła w taki sposób, aby osiągnąć optymalną przyczepność i stabilność.
Dzięki trzem ustawieniom elektronicznie sterowanych amortyzatorów BMW X3 M i X4 M zapewniają komfort podczas codziennej jazdy, ale także pewne prowadzenie. Uzupełnieniem precyzyjnych właściwości jezdnych, jest układ kierowniczy obejmujący układ M Servotronic i zmienne przełożenie oraz mocne hamulce kompozytowe M. Oprócz tego w standardowej specyfikacji znalazły się 20-calowe obręcze kół M ze stopów lekkich.
Podobnie jak w przypadku układów sterowania amortyzatorami i trybów M xDrive naciśnięciem przycisku można także regulować charakterystykę i konfigurację sterowania silnikiem i przekładnią. Układ dynamicznej kontroli stabilności (DSC) pozwala na kontrolowany poślizg kół w trybie M Dynamic. Opcję można również wyłączyć. Kierowca może zapisać dwie opcje konfiguracyjne powyższych parametrów według własnych preferencji w menu iDrive oraz włączać je w razie potrzeby, korzystając z dwóch przycisków M na kierownicy.
Specjalne elementy stylistyczne M optymalizują dostarczanie powietrza chłodzącego w BMW X3 M, X4 M oraz Competition, a także aerodynamikę tych modeli. We wnętrzu samochodów sportowy klimat łączy się z luksusem dzięki elektrycznie regulowanym fotelom sportowym, tapicerce ze skóry Vernasca, unikatowemu dla M kokpitowi, skórzanej kierownicy M oraz drążkowi dźwigni zmiany biegów M.
Jeszcze więcej zwracających uwagę detali znajdziemy w wersji Competition – błyszczące, czarne obramowanie atrapy chłodnicy BMW w kształcie nerki, a także wykończenia lusterek zewnętrznych i skrzeli M oraz spojlera tylnego. W skład wyposażenia standardowego wchodzą także 21-calowe obręcze kół M ze stopów lekkich w kolorze polerowanej czerni oraz układ wydechowy M Sport. Efektowny klimat wnętrza tworzą z kolei fotele sportowe M z tapicerką i dodatkowymi wykończeniami ze skóry Merino, unikatowe dla modelu listwy progowe oraz tabliczka z nazwą modelu w konsoli środkowej. W ramach wyposażenia opcjonalnego do modeli Competition zaprojektowano specjalne dwukolorowe wzory tapicerki z aplikacjami z alcantary.
Dodatkową indywidualizację zapewnia opcjonalny pakiet karbonowych elementów zewnętrznych M Carbon z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknami węglowymi, zawierający wykończenia przednich wlotów powietrza, lotki umieszczone w pasie przednim, dyfuzor tylny i obudowy lusterek zewnętrznych. W modelach BMW X4 M i X4 M Competition przewidziano dodatkowo spojler tylny wykonany z karbonu.