Al momento del lancio della nuova BMW X3 saranno disponibili due modernissimi propulsori. Il quattro cilindri diesel della nuova BMW X3 xDrive20d erogherà una potenza massima di 135 kW/184 CV, superando così di 5 kW il valore del suo predecessore e riducendo contemporaneamente il consumo medio di carburante nel ciclo di prova UE del 14 percento a 5,6 litri per 100 chilometri. La nuova BMW X3 xDrive35i verrà alimentata da un sei cilindri in linea a benzina da 225 kW/306 CV.
La nuova BMW X3 xDrive20d si presenta come il modello più dinamico ed efficiente del proprio segmento. La vettura viene alimentata da un motore 2,0 litri quattro cilindri turbodiesel con basamento in alluminio e iniezione diretta di carburante Common-Rail che eroga una potenza massima di 135 kW/184 CV a 4 000 g/min e mette a disposizione una coppia massima di 380 Newtonmetri tra i 1 750 e i 2 750 g/min. La risultante elasticità consente di accelerare da 0 a 100 km/h in 8,5 secondi e di raggiungere una velocità massima di 210 km/h. Il nuovo parametro di riferimento di efficienza nel segmento viene definito dalla BMW X3 xDrive20d con un consumo medio nel ciclo di prova UE di 5,6 litri per 100 chilometri ed emissioni di 149 grammi di CO2 per chilometro. La nuova BMW X3 xDrive20d equipaggiata con cambio automatico raggiunge gli stessi valori di accelerazione, di velocità massima e di consumo; le sue emissioni di CO2 sono di 147 grammi per chilometro.