新一代BMW Z4有三款直列6缸动力单元可供选择，最大输出功率从150千瓦/204马力到225千瓦/306马力，就加速性能与燃油经济性的结合而言，无论哪款都是同级动力单元中的佼佼者。BMW EfficientDynamics（宝马高效动力）在三款动力单元上均为标准装备，且均采用高度针对性的技术配置组合：VALVETRONIC全可变气门管理系统或与之对等的高精度汽油直接喷射技术、制动能量回收系统、附加装置按需管理系统、图谱控制型机油泵、换挡指示器、全铝曲轴箱或与之对等的镁铝合金曲轴箱、更加优化的空气动力学特性、智能化轻质技术、节能轮胎等。三款发动机均提前达到了尚未实施的EU 5（欧洲5号）排放标准。
BMW Z4 sDrive35i装备7挡运动型双离合器自动变速箱。这款变速箱在换挡过程中不会使牵引力发生丝毫中断，完成了宝马自动变速箱素有的卓越舒适性与最高水准运动感和动力性之间独一无二的结合。与手动变速箱相比，它可以使BMW Z4已然极其出色的加速性能和燃油经济性得到进一步提升。
BMW Z4 sDrive30i和BMW Z4 sDrive23i都装备6挡运动型自动变速箱，其换挡动感更佳，采用与发动机直连的设计，且能够最大程度地减少变矩器滑转现象。两款运动型自动变速箱均配备方向盘换挡拨片。
得益于协调合理的车桥负载分配比、后轮驱动形式，以及由双节横拉杆前桥和中央导向式后桥组成的轻质铝制悬架，新一代BMW Z4的行驶动态性能更加出色。电动机械式助力转向系统、高性能制动系统、最新一代的动态稳定控制（DSC）功能均为新一代BMW Z4的标准装备。借助同样为标准装备的主动防侧倾控制功能，驾驶者只需轻触按钮就可使新一代BMW Z4在三种行驶动态性能模式中转换。主动防侧倾系统能够对油门踏板的控制图谱、发动机管理系统、动态稳定控制系统的响应特性、助力转向系统的控制图谱、运动型自动变速箱（选择装备）的换挡动态特性，以及自适应型M悬架（选择装备）的控制图谱实施干预，进而实现减震器的电子化调节。
新一代BMW Z4应用了全面的安全性理念，其中包括刚度极高的车身结构、预设的载荷传输路径、特定位置上的高强度钢材和特殊变形元件、位于前排座椅前方以及集成在座椅靠背侧面的头胸部安全气囊、采用新式张紧技术的三点式安全带、高度加固的A柱以及位于头枕后方的翻车保护杆、防爆轮胎以及作为标准装备的胎压报警指示灯、同样作为标准装备的双氙气前灯。
