W modelu 508 zastosowane zostało całe doświadczenie technologiczne grupy PSA Peugeot Citroen oraz innowacje w zakresie zarówno silników wysokoprężnych HDi FAP, jak i benzynowych VTi oraz THP.

Silniki Diesla HDi FAP dostępne w modelu Peugeot 508 to:

- 1,6 l e-HDi FAP 82 kW (112 KM), 285 Nm, sterowana elektronicznie 6-biegowa przekładnia manualna (BMP6), emisja CO2: 109 g/km;

- 1,6 l HDi FAP 82 kW (112 KM), 254 Nm, 5-biegowa przekładnia manualna, emisja CO2: 124 g/km

- 2,0 l HDi FAP 103 kW (140 KM), 340 Nm, 6-biegowa przekładnia manualna, emisja CO2: 125 g/km

- 2,0 l HDi FAP 120 kW (163 KM), 340 Nm, 6-biegowa przekładnia manualna, emisja CO2: 149 g/km

- 2,2 l HDi FAP 150 kW (204 KM), 450 Nm, 6-biegowa przekładnia automatyczna, emisja CO2: 150 g/km

Silniki benzynowe dostępne w modelu Peugeot 508 to:

- 1,6 l VTi 88 kW (120 KM); 160 Nm, sterowana elektronicznie 6-biegowa przekładnia manualna (BMP6), emisja 144 g/km

- 1,6 l THP 115 kW (156 KM), 240 Nm, 6-biegowa przekładnia manualna, emisja CO2: 149 g/km

- 1,6 l THP 115 kW (156 KM), 240 Nm, 6-biegowa przekładnia automatyczna, emisja CO2: 164 g/km

Peugeot 508 jest zapowiedzią ery technologii e-HDi w samochodach francuskiego producenta oraz nowej generacji systemu Stop & Start. Dynamiczny silnik z technologią e-HDi łączy zredukowane zużycie paliwa i niższy poziom emisji CO2 (do -15% w mieście) z wysoką jakością prowadzenia. W przypadku modelu 508 zastosowano jednostkę 1.6 HDi FAP połączoną ze sterowaną elektronicznie 6-biegową przekładnią manualną (BMP6), której średnie zużycie paliwa wynosi 4,4 litra/100 km, a emisja CO2 jest na poziomie zaledwie 114 g/km.

W roku 2011 Peugeot 508 z silnikiem 1.6 e-HDi FAP będzie spalał średnio 4,2 litra/100 km i emitował 110 g/km CO2 dzięki wprowadzeniu sterowanych elektronicznie wlotów powietrza.

Z kolei pod maską topowej wersji GT pracuje nowy 4-cylindrowy silnik 2.2 HDi FAP 150 kW (204 KM), osiągający maksymalny moment obrotowy 450 Nm przy 2000 obr./min. Model GT otrzymał także specjalne zawieszenie i wykończenie. Za sprawą zaawansowanych technologii (np. lekki tytanowy wirnik turbosprężarki, optymalizacja tarcia, Volt Control, piezoelektryczne wtryskiwacze z ośmioma otworami, zoptymalizowane komory spalania), ale także ze względu na opracowanie 6-biegowej przekładni automatycznej (nowa AM6), jednostka ta cechuje się osiągami na poziomie przewyższającym osiągi silnika 2.7 HDi V6 stosowanego w modelu 407. Co więcej, zadowala się mniejszą ilością paliwa i emituje mniej CO2: 150 g/km w porównaniu do 223 g/km w przypadku modelu 407 V6 HDi, czyli aż o 73 g/km mniej (-33%).

Od roku 2012, czyli rok po debiucie rynkowym modelu 508, w gamie pojawi się wersja wykorzystująca technologię HYbrid4. Silnik HDi z przodu i elektryczny z tyłu wytwarzają łączną potencjalną moc 147 kW (200 KM) i współpracują z napędem na cztery koła typu By Wire. Emisja CO2 będzie na niskim poziomie 99 g/km.