El X3 en su lanzamiento se oferta con un motor gasolina y dos versiones diesel: en concreto el gasolina es el M40i mientras que los dos modelos diesel son el xDrive20d y el xDrive30d. En cualquiera de los casos hay potencia suficiente y un consumo medio bastante medido, lo cual para un coche con un peso bastante elevado es ya de por sí un logro. De cara a 2018 llegarán dos motores nuevos de gasolina.
El M40i tiene la suerte de tener el motor más potente por el momento, siendo un propulsor puesto a punto por M Performance. Este motor 3.0 turbo de seis cilindros en línea cuenta con 360 caballos y 500 Nm de par motor, enviado a las ruedas traseras (aunque se desvía al tren delantero cuando es necesario con el sistema xDrive) con la caja de cambios automática de 8 velocidades. Es capaz de pasar de 0 a 100 en 4,8 segundos y de alcanzar una velocidad máxima de 250 kilómetros por hora.
En primer lugar, como modelo más básico del X3 se ofrece el xDrive20d con un 2.0 turbodiesel de cuatro cilindros que cuenta con 190 caballos y 400 Nm de par motor – su mayor punto fuerte es un consumo medio homologado de 5 litros a los cien, por lo que tiene una gran autonomía. También está disponible el xDrive30d, que equipa bajo el capó un 3.0 turbodiesel de seis cilindros con 265 caballos y 620 Nm.
El X3 fue creado como el primer Sports Activity Vehicle y pese a su apariencia de todoterreno esconde unas prestaciones dinámicas que son más propias de deportivos, algo que se hace más evidente cuando más se escala en la gama. Aunque no tenga el mismo paso por curva que un Serie 3 de igual nivel de equipamiento (por la diferencia de peso), el X3 es de los mejores todoterrenos de su tamaño en términos de conducción pura y dura.
Gracias a una rueda que se encuentra en el túnel central junto a la palanca de cambios se pueden escoger hasta tres modos diferentes: Normal, Eco-Pro y Sport, que modifican el comportamiento de la suspensión o incluso del motor, permitiendo ahorrar más combustible o aprovechar unos caballos extra para hacer adelantamientos en carretera. Cuando se reduce el ritmo, el alternador absorbe energía para recargar la batería.
Aunque tiene algo de subviraje, para el tamaño que tiene es un subviraje bastante contenido (que se nota más en las versiones diesel ya que tienen motores más pesados). Los frenos son también muy buenos y el coche es capaz de mantenerse estable incluso en frenadas bruscas ya que cuenta con un repartidor de frenada. El coche puede ser tanto tracción trasera como tracción total (aprovechando el sistema xDrive de BMW).