Az S modellek szíve a teljes egészében új fejlesztésű, közvetlen benzinbefecskendezésű és turbófeltöltésű V6-os aggregát. A 3.0 TFSI teljesítménye 260 kW (354 LE), 500 newtonméter maximális forgatónyomatéka pedig az 1300 és 4500 percenkénti fordulatszám közötti tartományban mindvégig a vezető rendelkezésére áll. Az új motor teljesítmény- és forgatónyomaték-szintjével egyaránt felülmúlja elődjét, mégpedig jóval kedvezőbb üzemanyag-fogyasztási értékek és saját tömeg mellett.

Az új erőforrással álló helyzetből mindössze 4,7 másodperc alatt gyorsít fel 100 kilométer/órás tempóra az új Audi S4, az elektronikus sebességhatároló 250 kilométer/óránál lép közbe. A jóval dinamikusabb menetteljesítmények ellenére az új V6-os gazdaságosságával is kitűnik: az S4 Limousine az Európai Menetciklus (NEFZ) alkalmával átlagosan kevesebb, mint 7,4 liter üzemanyaggal is beérte 100 kilométerenként.

Az új nyolcfokozatú tiptronic sebességváltó szintén kiemelkedően magas hatásfokkal dolgozik és rendkívül gyors, kényelmes és közvetlen kapcsolások jellemzik. Amikor a pillanatnyi menethelyzet lehetővé teszi, önműködően szabadonfutó üzemmódra váltva segíti az üzemanyag-takarékos közlekedést.

A 3.0 TFSI – mint az Audi minden S modelljének erőforrása – a quattro állandó összkerékhajtáson keresztül juttatja tekintélyes teljesítményét az útfelületre. Az önzáró központi differenciálmű alapesetben a forgatónyomaték 60 százalékát a hátsó és 40 százalékát az első tengelyre küldi, ám a pillanatnyi menethelyzetnek megfelelően akár 70 százalék is juthat előre, vagy akár 85 százalék is érkezhet a hátsó kerekekre. Az igényes quattro összkerékhajtást intelligens szoftverfunkcióként a kerekenkénti forgatónyomaték-szabályozás teszi teljessé, amely a dinamikus kanyarvételek során a belső íven gördülő kerekek enyhe, célzott fékezésével előzi meg a hajtásból eredő megcsúszás (kipörgés) jelenségét. Az eredmény még pontosabb irányíthatóságban és még stabilabb, illetve még agilisabb menettulajdonságokban mutatkozik meg. Kívánságra az extrafelszerelésként rendelhető sport-differenciálmű a hátsó kerekek közötti aktív forgatónyomaték-elosztással javíthatja tovább az irányíthatóságot.