Hai mẫu xe này dùng chung hệ thống hybrid gồm động cơ xăng 4 xi-lanh 2.0 lít công suất 161 mã lực/120 kW kết hợp với một mô-tơ điện, cho tổng công suất 201 mã lực/150 kW và mô-men xoắn 350 Nm (258 lb-ft). Hệ thống truyền động này được kết nối với hộp số tự động 8 cấp và hệ dẫn động cầu sau hoặc 4 bánh toàn thời gian.

Mẫu 320e Sedan có khả năng tăng tốc từ 0 lên 100 km/h chỉ trong 7,6 giây và đạt tốc độ tối đa là 225 km/h, còn với mẫu 320e Touring, các thông số này lần lượt là 7,9 giây và 220 km/h. Mẫu BMW 320e xDrive Touring cần 8,2 giây để tăng tốc từ 0 lên 100 km/h và có thể đạt tốc độ tối đa 219 km/h. Trong khi đó, các mẫu BMW 520e Sedan và 520e Touring lần lượt đạt vận tốc 100 km/h trong 7,9 giây và 8,2 giây, tốc độ tối đa tương ứng là 225 km/h và 218 km/h.

Tất cả phiên bản này đều có thể di chuyển hoàn toàn bằng điện với tốc độ lên tới 140 km/h, với quãng đường di chuyển lần lượt là 48-57 km cho mẫu BMW 320e Sedan, 46-54 km cho mẫu BMW 320e Touring, 41-55 km cho mẫu BMW 520e Sedan và 45-51 km cho mẫu BMW 520e Touring.

Được gắn dưới hàng ghế sau, bộ pin 12 kWh với dung lượng 34 Ah, có thể sạc điện cho xe với công suất lên đến 3,7 kW. Tức là cần 2,6 giờ để pin có thể sạc lên 80% và mất 3,6 giờ cho một lần sạc đầy.

Bình xăng của chiếc 320e chứa được 40 lít và chiếc 520e là 46 lít. Khả năng chứa đồ ở phía sau hàng ghế cuối là 375 lít đối với 320e Sedan, 410 lít với 520e Sedan, 410 lít với 320e Touring và 430 lít với 520e Touring.

Xe có trang bị tính năng tiêu chuẩn bao gồm hệ thống BMW Live Cockpit Plus và Connected Package Professional, cho phép người lái sử dụng nhiều dịch vụ kỹ thuật số của nhà sản xuất, điều hòa không khí, hệ thống sưởi phụ và bật trước điều hòa trong cabin thông qua ứng dụng điện thoại thông minh chuyên dụng.