El sistema híbrido da 340 CV de potencia y 517 Nm de par. Consta de un motor térmico de gasolina y dos motores eléctricos, una batería y un sistema de tres engranajes planetarios y cuatro embragues, además del sistema electrónico de control. La tracción es permanente a las cuatro ruedas.

El consumo medio homologado según el método vigente en EE.UU es 10,7 l/100 km. Según la misma normativa, un Lexus RX 400h (272 CV de potencia máxima) gasta 9,4 l/100 km (8,1 l/100 km con el método europeo).

La velocidad máxima es 211 km/h y la aceleración de 0 a 97 km/h (60 mph) 7,8 s. Un ML 350 (272 CV) alcanza 225 km/h, acelera en 8, 4 s y tiene un consumo medio de 11,2 l/100 km.

Como el Toyota Prius o los híbridos de Lexus, el ML 450 HYBRID puede moverse con el motor de gasolina, de modo únicamente eléctrico o combinando todos los motores. Si se acelera con suavidad, el coche inicia la marcha de modo eléctrico pero si se requiere una aceleración mayor, el motor de gasolina se pone en funcionamiento. Cuando el coche está detenido, el motor de gasolina se apaga automáticamente.

Por tanto, su funcionamiento es totalmente diferente al del S 400 HYBRID, el único modelo con propulsión híbrida que Mercedes-Benz comercializa en España. Este modelo entra en la categoría de híbrido parcial, no total (concepto y tipos de vehículos híbridos eléctricos).

En la pantalla del salpicadero aparece el modo de funcionamiento (imagen). En la del cuadro de instrumentos, que no tiene cuentarrevoluciones sino un indicador del funcionamiento (imagen), se puede ver también la carga de la batería (imagen).

Hay un interruptor en el salpicadero para cambiar entre un modo de conducción económico o deportivo. En el deportivo hay ocho relaciones de cambio (prefijadas en el sistema de engranajes planetarios). Mercedes-Benz afirma que el espacio en el habitáculo y en el maletero no disminuye con respecto al resto de la gama Clase M. El depósito de gasolina tiene 90 l de capacidad.

El ML 450 HYBRID se fabrica en Tuscaloosa (EE.UU).