S级轿车搭载了燃油消耗经过优化的汽油发动机，从而实现了超凡驾驶乐趣与环境保护的结合。创新的梅赛德斯-奔驰发动机技术在极大提升功率输出的同时，显著降低了二氧化碳排放量和燃油消耗量，其6缸和8缸动力单元达到了严格的欧洲五号排放标准。

此动力单元采用轻质材料设计而成，每缸四个气门，并配有可调凸轮轴。其结果是既提升了性能潜力，又减轻了重量。另外，6缸动力单元内的燃烧过程经过优化，降低了废气排放量和燃油消耗量。S 350 L Grand Edition 峰值扭矩为350牛顿米，最大输出功率为200千瓦 (272马力)。

V8动力单元的主要优点是可以轻松实现卓越性能且精准先进。采用轻质材料 (例如用于赛车的镁金属)、优化的气流条件和每缸四气门的结构，是其具备巨大性能潜力并降低了燃油消耗和排放量的主要因素。S 500 L 4MATIC Grand Edition 的最大输出功率达285千瓦 (388马力)，最大扭矩为530牛顿米。

所有发动机的典范—— 提供出色的精确性、响应迅速的功率输出和悦耳的声音。不仅如此，它还采用创新的技术，运转极为高效。V12双涡轮发动机在转速低于2000转每分时便可达到830牛顿米的峰值扭矩。从静止加速到100公里/小时仅需4.6秒。12缸动力单元的最大输出功率可达380千瓦(517马力)，很大程度上得益于两个涡轮增压器、一个中冷器和60 度V型结构，所有这些因素都对达到精准、适当的动力平衡起到了积极作用。