Antes de esta renovación, Toyota tenía en el Avensis una gama de tres motores, separados sólo por 18 CV: un 1,6 litros con 110 CV, un 1,8 con la misma potencia (pero algo más de par motor, a menos revoluciones) y un 2 litros con 128 CV, además de dos Diesel (inyección indirecta de 90 CV o bien directa con 110).

Ahora hay tres motores de gasolina con el mismo escalonamiento de cilindrada, pero no de potencia máxima. El 1,6 y el 1,8 tienen ahora una culata de 16 válvulas con la distribución variable de Toyota (llamada VVT-i); el motor 2,0 se distingue, además, porque tiene inyección directa de gasolina.

El 1,6 l tiene —como antes— 110 CV de potencia máxima con un consumo combinado homologado de 7,1 l/100 km.

El 1,8 es el mismo motor que tienen el Celica o el MR2, pero en versión de 129 CV (en lugar de 143 ó 140) porque —entre otras cosas— tiene un funcionamiento distinto en régimen alto. Da la potencia máxima a 6.000 rpm en lugar de 6.400, y no da más par máximo, sino algo menos. Este motor es el único de los que lleva el Avensis que puede cumplir la norma Euro 4 de emisiones, que no tendría que cumplir hasta 2005.

El 2,0 es un motor de inyección directa de gasolina que puede funcionar con mezcla pobre. Toyota (no Mitsubishi) fue la primera que lanzó al mercado un motor de este tipo (Toyota Corona para el mercado japonés en diciembre de 1996). El principio de funcionamiento es: mezcla pobre cuando es posible, mezcla estequiométrica cuando es necesario. El uso de mezcla pobre reduce el consumo y cierto tipo de emisiones (CO y CO2), aunque aumenta otras (NOx); de hecho, el Avensis con este motor no cumple la norma Euro 4 de emisiones.

Esto se debe, en parte, a que la versión europea de este motor no trabaja con una mezcla tan pobre como lo hace el motor japonés. En Japón, Toyota utiliza el llamado «catalizador-trampa de óxidos de nitrógeno». En Europa no lo hace porque la gasolina que tenemos aquí contiene demasiado azufre, y eso estropea ese catalizador. En consecuencia, cuando en Japón éste motor es capaz de funcionar con una mezcla de aire y gasolina de hasta 50 a 1, en Europa la mezcla no pasa de 22 ó 23 a 1. El sistema de descontaminación de éste motor en Europa es un catalizador de tres vías, como el de cualquier otro motor de gasolina.

El Diesel es el D4-D que ya tenía el anterior Avensis. Es un motor de 2 litros de cilindrada con alimentación por conducto común, suave de funcionamiento y no particularmente ruidoso pero que no destaca por tener mucha fuerza, especialmente a bajo régimen.

Todos los modelos tienen de serie una caja manual de 5 velocidades, y puede pedirse opcionalmente una automática de cuatro en los modelos sedán (4 puertas) de gasolina con 1,8 ó 2,0 de equipamiento «Sol».