Von 165 kW/224 PS bis 225 kW/306 PS reicht das Leistungsspektrum der Motoren, die damit deutlich machen, was die neue R-Klasse hinsichtlich Dynamik und Fahrspaß zu bieten hat. Das kraftvolle V8-Triebwerk beschleunigt den R 500 in 6,9 bzw. 7,0 Sekunden von null auf 100 km/h und ermöglicht eine Höchstgeschwindigkeit von 245 km/h. Beim neuen Sechszylinder-Dieselmotor sorgt die Common-Rail-Direkteinspritzung der dritten Generation für günstigen Kraftstoffverbrauch, geringe Abgas-Emissionen und hörbar bessere Laufruhe. Schon ab 1600/min stellt der Motor ein maximales Drehmoment von 510 Newtonmetern zur Verfügung und erreicht damit einen Spitzenwert in dieser Hubraumklasse.

Der mit dem neuen V6-Benzinmotor (200 kW/272 PS) ausgestattete R 350 beschleunigt in 8,3 bzw. 8,4 Sekunden von null auf 100 km/h und erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von 230 km/h.

Alle Motoren arbeiten serienmäßig mit dem Siebengang-Automatikgetriebe 7G-TRONIC zusammen, das eine weitere Besonderheit bietet: DIRECT SELECT. Dank dieser elektronischen Getriebebedienung können die Mercedes-Ingenieure auf den üblichen Automatik-Wählhebel in der Mittelkonsole verzichten und stattdessen einen Hebel an der Lenksäule einsetzen, mit dem der Autofahrer das Getriebe bedient. Zusätzliche Lenkrad-Schalttasten ermöglichen die manuelle Vorwahl der sieben Gänge - wie in einem Formel-Rennwagen.

Permanenter Allradantrieb, elektronisch gesteuertes Traktions-System 4ETS und ESP® gewährleisten höchste Fahrsicherheit und halten die neue R-Klasse auch bei widrigen Straßenverhältnissen auf Kurs. Diese Systeme gehören ebenso zur Serienausstattung wie die Luftfederung an der Hinterachse. Die auf Wunsch lieferbare Rundum-Luftfederung AIRMATIC mit dem Adaptiven Dämpfungs-System (ADS) senkt die Karosserie bei schneller Fahrt um 20 Millimeter ab, um den Luftwiderstand zu verringern.