Bez wątpienia są to najbardziej niezwykłe samochody, jakie do tej pory nosiły plakietkę z symbolem "M". Jednakże producent zapewnia, że ich osiągi są typowe dla wszystkich rasowych odmian aut koncernu z Monachium.
Pod maską obu tych crossoverów pracuje nowa jednostka V8 o pojemności 4,4 litra, która za pomocą podwójnego doładowania produkuje potężną moc 555 koni mechanicznych przy 6 000 obr./min oraz nie mniej imponujący moment obrotowy 680 Nm, dostępny pomiędzy 1 500 a 5 650 obr./min.
Te parametry prezentują się znacznie lepiej, niż w przypadku silnika napędzającego modele M5 i M6. Jednakże ten 5-litrowy, wolnossący V10, który generuje moc 507 KM oraz moment obrotowy 520 Nm zostanie w następnych generacjach M5 i M6 zastąpiony przez nowe V8 turbo.
Po raz pierwszy w wersjach M producent zastosował automatyczną skrzynię biegów o sześciu przełożeniach, z trybem sekwencyjnym i łopatkami do zmiany biegów, umieszczonymi przy kole kierownicy. Zarówno X5M, jak i X6M wyposażono w nowoczesny napęd na wszystkie koła xDrive, który został zaprogramowany tak, by tylna oś otrzymywała więcej mocy niż przednia.
Jeśli chodzi o osiągi, to oba modele przyspieszają do "setki" w zaledwie 4,7 s. Ich maksymalna prędkość jest ograniczona elektronicznie do 250 km/h lub do 275 km/h w specjalnej opcji "M Driver’s Package".
Sportowy dział BMW wprowadził poprawki w zawieszenia obu crossoverów oraz w ustawieniach systemu kontroli trakcji DPC. Lepsze są także hamulce, które otrzymały większe, wentylowane tarcze i czterotłoczkowe zaciski z przodu.
Z zewnątrz widoczne są kosmetyczne zmiany, w skład których wchodzi pakiet stylistyczny z nowymi zderzakami, progami, bocznymi wlotami powietrza, a także poczwórną końcówką wydechu i potężnymi, 20-calowymi felgami. Wnętrze zawiera klasyczną kierownicę z logo serii M oraz skórzane fotele i przeprojektowaną deskę rozdzielczą.