В зависимости от модели устанавливаются следующие силовые агрегаты:
- Модель 518i: 4-цилиндровый двигатель М40 с рабочим объемом 1,8 л.
- Модели 520i/525i (с рабочим объемом 2,0 л и 2,5 л): до апреля 1990 г. двигатель М20, с мая 1990 г. (более мощный 4-клапанный двигатель М50.
- Модели 530i/535i: Двигатель М30 с рабочим объемом 3,0 л и 3,5 л.
- Модель 524td: Турбодизельный двигатель М21 с рабочим объемом 2,4 л.
- Модели 525td/525tds Турбодизельный двигатель М51 с рабочим объемом 2,5 л.
В моторном блоке из серого чугуна имеются отверстия цилиндров. При значительном износе или царапинах на стенках цилиндров цилиндры могут быть отхонингованы, то есть расшлифованы в специальной мастерской.
После этого должны устанавливаться только поршни повышенных размеров. В нижней части моторного блока располагается коленчатый вал, крепящийся на своих подшипниках. Шатуны, осуществляющие связь с поршнями посажены на коленчатом валуна подшипниках скольжения. Нижнюю часть двигателя завершает масляный картер. в котором собирается масло, необходимое для смазки и охлаждения двигателя. Сверху на моторном блоке болтами крепится головка цилиндров. Она алюминиевая, так как этот металл по сравнению с чугуном обладает большей теплопроводностью и меньшим удельным весом.
Головка цилиндров построена по так называемому принципу поперечного потока. В верхней части головки цилиндров располагается распределительный вал. Распределительный вал приводится на двигателях М40, М20 и М21 от коленчатого вала через зубчатый ремень, а на двигателях М50 и М51 через однорядную роликовую цепь. Распределительный вал на двигателях М20 и М30 управляет работой V-образно расположенных впускных и выпускных клапанов. 4-клапанный двигатель М50 имеет второй распределительный вал; каждый из валов управляет либо впускными, либо выпускными клапанами непосредственно не требующими технического обслуживания гидравлическими толкателями. Дизельный двигатель М51 также имеет гидравлические толкатели. На дизельном двигателе М21 и на 4-цилиндровом двигателе М40 распределительный вал управляет клапанами через коромысла, опирающиеся со стороны, противоположной клапану, на шаровые (на двигателе М40 самокомпенсирующиеся) пальцы. На двигателях М20, М21 и М30 требуется регулярная проверка и выставка зазоров клапанов в рамках регламентного обслуживания и после проведения ремонтных работ.
С сентября 1992 года 6-цилиндровые бензиновые двигатели были доработаны, при этом помимо прочего они стали оснащаться системой переменного управления распределительного вала, сокращенно называемой VANOS. При этом с помощью установочного элемента в зависимости от числа оборотов двигателя происходит поворот на определенный угол распределительного вала впускных клапанов относительно цепи, в результате чего выдерживается оптимальный момент зажигания. Установочный элемент управляется от блока управления двигателем. Другие доработки коснулись обеспечения максимально возможной ровной работы двигателя, характеристик крутящего момента, состава выхлопных газов и расхода топлива: увеличение степени сжатия в совокупности с селективным регулированием детонации, установка простых пружин клапанов с малыми пружинными усилиями, облегченных поршней с удлиненными шатунами.
Смазка двигателя обеспечивается масляным насосом, закрепленным на 6-цилиндров ом бензиновом двигателе и на дизельном двигателе с рабочим объемом 2,4 л в передней части картера двигателя и приводящимся в зависимости от типа двигателя либо прямо от коленчатого вала, либо через промежуточный вал. На 4-цилиндровом и на дизельном двигателе с рабочим объемом 2,5 л масляный насос находится в крышке картера газораспределительного механизма и конце коленчатого вала и связан с последним зубчатой передачей. Масло из масляного картера попадает через сверления и каналы к подшипникам коленчатого и распределительного валов, а также на рабочие поверхности цилиндров.
Водяной насос расположен в передней части моторного блока; его вал при соответствующей температуре соединяется вязкостной муфтой с вентилятором радиатора. Привод водяного насоса осуществляется через клиновой ремень, который одновременно служит и приводом генератора, а на двигателе М40 через зубчатый ремень распределительного вала. Следует иметь в виду, что система охлаждения в течение всего года должна быть заполнена смесью антифриза и антикоррозионного концентрата с безизвестковой водой.
Для приготовления воспламеняемой воздушно-топливной смеси служит электронное устройство зажигания и впрыскивания топлива,которое гарантирует стабильный состав выхлопных газов.
В передней части головки цилиндров вместо обычного распределителя зажигания установлен так называемый распределитель высокого напряжения, который приводится непосредственно от распределительного вала. Система зажигания двигателя М50 вообще не имеет распределителя, то есть на этих двигателях в системе зажигания отсутствуют подвижные части. На дизельных двигатель управление дозировкой топлива осуществляется также электронным способом с помощью системы DDE (Цифровая системы управления дизельным двигателем).