M xDrive는 고성능 스포츠카용으로 개발된 BMW의 4WD 시스템이다. 4 개의 바퀴 모두에 동력을 공급함으로써 엔진의 뛰어난 파워를 가장 효과적으로 운동 성능으로 변환한다. 다만 가변 배분이기는 하지만 통상 주행에서는 뒷바퀴에만100% 동력을 전달하고 극한 상황에서만 앞바퀴로 배분된다. 그럼에도M 특유의 후륜 구동을 의식한 시스템 설계는 스포티한 코너링에서도 안정성과 운동 성능을 실현하고 있다고한다.

M xDrive 시스템은 구동 토크를 바퀴에 전달하는 전용 프로펠러 샤프트와 출력 샤프트, 파이널 드라이브의 액티브 M 디퍼렌셜을 조합했다. 앞 바퀴와 뒷바퀴 사이의 구동 토크 트랜스퍼 케이스의 전자 제어 멀티 플레이트 클러치가 무단계로 가변 배분한다. 좌우의 리어 휠 사이의 구동 토크는 액티브 M 디퍼런셜이 배분한다. 이는 스포츠 주행시 또는 좌우의 바퀴 사이에서 노면 그립이 다른 장면에서 트랙션의 민첩성과 안정성을 크게 향상 시킨다고밝혔다.

M xDrive와 액티브 M 디퍼런셜은 다이내믹 스태빌리티 컨트롤 (DSC)과 네트워크로 연결되어있어 주행 상태에 따라 두 시스템 간의 협조를 조정한다. 주행 상황의 변화에 ​​대응하기 위해 트랜스퍼 케이스는 휠 슬립 제어 기능이 포함된다. 이는 앞 차축과 뒤 차축 사이의 속도 차이는 중앙 제어 장치에 피드백없이 빠르고 직접적으로 보정된다고한다.

보통의 주행 상태라면 시스템은 모든 구동력을 뒷바퀴에 보낸다. 뒷바퀴가 구동력을 노면에 전달 수 없게 된 경우, 앞 바퀴에 구동력이 전달된다. 또한 운전자는 설치 메뉴에서 구동력 배분을 설정하는 것도 가능하다. 기본 4WD 모드의 경우 뒷바퀴 굴림방식을 중시한 구동력을 전달하여 뛰어난 트랙션과 미세한 컨트롤이 가능한 핸들링 특성을 얻을 수 있다고한다. 4WD 스포츠 모드에서는 민첩성이 더욱 높아져, 후륜에 전달되는 구동 토크의 비율은 더욱 커진다. 이에 대해서는 약점이라는 의견도 있지만 BMW는 뒷바퀴 굴림방식의 전형적인 운동특성을 살리는데 오히려 좋은 방식이라고 주장하고 있다. 

이 모드에서는 드리프트 컨트롤도 가능하다. 가로 방향 가속도 (횡 G)의 상승으로, 컨트롤이 용이 한 상태를 유지한다. 서킷에서 최대의 운동 성능을 발휘하기 위해, 4WD 스포츠 모드는 옵션 설정의 성능 타이어의 그립 특성에 맞춰져있다. DSC를 해제하면 2WD (후륜 구동) 모드를 사용할 수있다. 이 모드에서는 구동 토크를 뒷바퀴에만 전달하기 때문에 DSC의 개입에 방해받지 않고 순수한 뒷바퀴 굴리방식 주행을 즐길 수 있다고한다.

파워 트레인은 최신 BMW M 트윈 파워 터보 기술을 도입 한 S58'형으로 불리는 3.0 리터 직렬 6 기통 직분사 트윈 터보 가솔린. 최대출력 510hp/6250rpm, 최대토크 66.3kgm/2750~5500rpm을 발휘한다. 변속기는 드라이브 로직을 탑재 한 8 단M 스텝트로닉을 조합했다. 4WD M xDrive는 컴페티션 사양에만 가능하다. 

0~100km/h 가속성능 3.5 초로 2WD 모델의 3.9 초보다 0.4 초 빠르다. 최고속도는 250km/h이며 옵션의 M 드라이버스 패키지 290km/h (스피도 리미터)다.