Mercedes-Benz S 400 BlueHybrid będzie miał pod maską widlasty 6-cylindrowy silnik o pojemności 3,5 l z modelu S 350. W wersji hybrydowej produkować będzie 205 kW (279 KM), dodatkowych 15 kW (20 KM) dostarczy silnik elektryczny. Maksymalny moment obrotowy wynosić będzie 385 Nm. Przeniesieniem siły napędowej na tylną oś zajmie się 7-stopniowa automatyczna skrzynia biegów 7G-Tronic.
Silnik elektryczny jest 3-fazowy typu tarczowego, służy zarazem jako rozrusznik i generator do rekuperacji energii w czasie hamowania. Maksymalny moment obrotowy 160 Nm przyczynia się do obniżenia zużycia paliwa, zarazem wspomagać może silnik spalinowy w czasie dynamicznej jazdy. Silnik benzynowy wyposażono w funkcję stop-start, tak więc ruszanie, w czasie którego silnik jest najmniej oszczędny, zapewnia wyłącznie jednostka elektryczna.
Energia elektryczna przechowywana jest w specjalnych bateriach litowych opracowanych specjalnie do zastosowania w samochodach hybrydowych. Mercedes-Benz S 400 BlueHybrid będzie pierwszym modelem, w którym nowe baterie się pojawią. Ich konstrukcja jest dzięki wyższej gęstości energetycznej tak kompaktowa, że w odróżnieniu od akumulatorów NiMH nie ograniczają przestrzeni pasażerskiej ani bagażowej. Dodatkowo baterie podłączono do 12V elektroinstalacji, tak więc mogą dostarczać energię dla oświetlenia czy systemów elektroniki pokładowej.
Silnik spalinowy również poddano modyfikacjom. Zmienne otwieranie zaworów działa według cyklu Atkinsona, kiedy ekspansja trwa dłużej od kompresji. W praktyce osiągnięto dłuższe otwarcie zaworów ssących przy przejściu z fazy ssania do kompresji. Silnik ma w ten sposób lepszą efektywność cieplną i dzięki temu niższe zużycie paliwa i lepszy skład spalin. Zastosowano również nową głowicę cylindrów oraz zmodyfikowane tłoki i wałki rozrządu. W wyniku przeprowadzonych zmian uzyskano wzrost mocy o 5 kW (7 KM).
Mercedes-Benz S 400 BlueHybrid przyśpiesza od 0 do 100 km/h w 7,2 s, a prędkość maksymalna ograniczona zostanie do 250 km/h. W porównaniu do bazowego S 350 zużycie paliwa w cyklu mieszanym jest o 2,2 l/100 km mniejsze, a emisje CO2 obniżyły się o 21 %. Napęd hybrydowy zwiększył masę auta zaledwie o 75 kg.
Sprzedaż modelu S 400 BlueHybrid rozpocznie się w Europie Zachodnie w czerwcu 2009, do Chin dotrze w sierpniu, a do USA we wrześniu tego samego roku. Samochód będzie pierwszą hybrydą marki Mercedes-Benz, kolejne będą się pojawiały stopniowo. Układ hybrydowy cechuje się konstrukcją modularną, tak więc łatwo można go zamontować w różnych modelach w kombinacji z różnymi silnikami, włącznie z „czystymi” dieslami BlueTec.