El sistema de tracción total «xDrive» consta de un embrague multidisco controlado electrónicamente colocado a la salida de la caja de cambios. La parte conductora del embrague va solidaria al eje que va a las ruedas traseras; la parte conducida lo es con el semieje delantero. De este modo se puede acoplar o liberar el eje delantero. En condiciones normales, un 40 por ciento de la fuerza del motor va a las ruedas delanteras.

El embrague multidisco central puede estar completamente desembragado; en ese caso, el coche tiene tracción sólo a las ruedas traseras. Puede estar completamente embragado; en ese caso los semiejes delantero y trasero son solidarios, como en un coche sin diferencial central o que lo tenga bloqueado. Y puede estar en cualquiera de las posiciones intermedias; cuanto menos deslizamiento haya en ese embrague, más fuerza pueden hacer las ruedas delanteras, que pueden recibir como máximo un 50% de la fuerza del motor (cuando tienen la misma adherencia las cuatro y el embrague multidisco está completamente cerrado).

El X3 no tiene reductora; tampoco tiene diferenciales bloqueables en los ejes delantero o trasero, sino que es el control de tracción el encargado de frenar las ruedas que patinen. De esta manera se evita que el coche se quede sin fuerza para avanzar cuando una rueda delantera y una trasera no tienen adherencia.

La coordinación entre el control de estabilidad («DSC») y el control de sistema de tracción total («xDrive») se utiliza para producir variaciones en la trayectoria.

Si el coche tiende a sobrevirar en una curva, el embrague central deja que haya poco resbalamiento, con lo que las ruedas delanteras hacen más fuerza (si la adherencia es suficiente). Esto limita la fuerza que hacen las ruedas traseras y hace más fácil que recuperen el agarre perdido.

Si el coche tiende a subvirar, el sistema aumenta el deslizamiento del embrague central para que llegue menos fuerza a las ruedas delanteras, hasta el punto de que la transmisión delantera puede quedar completamente desconectada. De esta manera las ruedas delanteras hacen menos fuerza de tracción (o ninguna) y ganan agarre lateral.

El motor Diesel de 177 CV tiene un consumo medio homologado de 6,5 l/100 km. De este modo, el X3 2.0d se convierte en el todo terreno de su tamaño y potencia que gasta menos: el siguiente es el Toyota RAV-4 de la misma potencia, que consume 7,0 l/100 km. Comparándolo con la anterior versión 2.0d de 150 CV, el de 177 CV da mejores prestaciones y gasta menos (tabla comparativa).

Es un motor de inyección por conducto común de tercera generación con inyectores piezoeléctricos que trabajan a una presión de 1.800 bar.

El motor Diesel de 286 CV tiene un sistema de doble turbo en serie, en lugar de en paralelo (como el 2.2 HDi de Citroën y Peugeot). El sistema de BMW es de BorgWarner y lo estrenó el 535d (prueba de este modelo). No hay ningún todo terreno de tamaño similar al del X3 que tenga un motor Diesel tan potente.

El régimen al que alcanza la potencia máxima este motor es más alto de lo normal en un Diesel, 4.400 rpm. El par máximo es 580 Nm y se mantiene constante entre 1.750 y 2.250 rpm. El bloque está hecho de aluminio, la inyección es por conducto común —mediante inyectores piezoeléctricos— , tiene filtro de partículas y un catalizador de oxidación.

Este motor se vende exclusivamente con una nueva caja de cambios automática de seis velocidades y manejo secuencial, de tipo «Steptronic». El resto de los motores llevan de serie una caja manual y pueden montar la automática de forma opcional (excepto el 2.0i).

Con las mejoras efectuadas en el año modelo 2008, el consumo de varios motores disminuyó (tabla comparativa).