El motor de gasolina es nuevo. Mercedes-Benz se refiere a él con el código M 178. Tiene ocho cilindros dispuestos en una V a 90º, 3982 cm³ de cilindrada, dos turbocompresores —colocados en el espacio que queda entre los dos bloques de cilindros— e inyección directa. La lubricación es mediante un cárter seco y tiene un sistema Start&Stop. Pesa 209 kilogramos.

La variante menos potente de este motor, que la que lleva el GT, da 462 CV de potencia a 6000 rpm y un par máximo de 600 Nm entre 1600 y 5000 rpm. La de 510 CV —versión GT S— da esa potencia a 6250 rpm y tiene un par máximo 50 Nm superior que mantiene constante en un margen de entre 1750 y 4750 rpm. El régimen máximo de giro es 7200 rpm.

La versión de 462 CV acelera desde parado hasta 100 km/h en 4,0 segundos, alcanza 304 km/h y tiene un consumo homologado de combustible de 9,3 l/100 km. Esas mismas mediciones en la de 510 CV dan los siguientes resultados: 3,8 segundos, 310 km/h de velocidad máxima y 9,4 l/100 km. Tomando como referencia la versión más potente, el GT es más lento que un Porsche 911 Turbo (3,4 segundos y 315 km/h), pero su motor consume menos combustible (9,1 l/100 km), un aspecto en el que sobresale frente a sus rivales (ficha comparativa).

La transmisión automática, situada justo por delante del eje trasero, es de doble embrague y tiene siete velocidades (Mercedes-AMG la llama AMG SPEEDSHIFT DCT). Tiene varios modos de funcionamiento y puede manejarse manualmente mediante unas levas situadas detrás del volante.

El eje de transmisión que une la salida del cigüeñal con la entrada de la caja de cambios es de fibra de carbono y hueco (se puede levantar con la mano sin esfuerzo). El diferencial trasero es diferente según la potencia del motor. La versión GT tiene uno mecánico mientras que en la GT S hay uno controlado electrónicamente. No habrá un GT con tracción total.

El chasis y la carrocería están hechos de aluminio, excepto algunas piezas como la tapa del maletero, que es de acero. El reparto de pesos es según la proporción 47:53 (delante:detrás). La versión de 510 CV pesa 1645 kilos (30 kg más que la de 462 CV), una cifra similar a sus alternativas: el Jaguar F-Type Coupé V8 5.0 S/C pesa 1650 kg, el Porsche 911 Turbo, 1670 kg y el Audi R8 Coupé 5.2 FSI V10 quattro, 1695 kg. 

La suspensión es independiente en las cuatro ruedas mediante paralelogramos deformables y gran parte de sus componentes son de aluminio forjado. También hay dos tipos de amortiguadores, unos normales —que son de serie en el GT— y otros controlados electrónicamente —de serie en el GT S y opcionales en el GT—. La dirección tiene una cremallera de paso variable. Así la desmultiplicación es distinta cuando las ruedas están centradas que cuando están ya con cierto giro, con lo que se logra una menor sensibilidad de la dirección en línea recta y tener que girar menos el volante a la hora de hacer un giro grande. La asistencia varía con la velocidad, con la aceleración lateral y también depende del programa seleccionado en el AMG DYNAMIC SELECT.

El sistema de frenos está compuesto por discos de 360 o 390 mm de diámetro en el eje delantero (en función de la versión). Opcionalmente pueden tener unos discos de material cerámico (402 mm de diámetro en el eje delantero). Los discos traseros son siempre de 360 mm. El control de estabilidad tiene tres modos de funcionamiento: ESP on, ESP Sport Handling Mode y ESP Off. 

La versión de 462 CV tiene el mismo diámetro de llanta en cada eje, 19 pulgadas, y distinta medida de neumático —255/35 en el eje delantero y 295/35 en el trasero—. Mientras que en la de 510 CV también es distinto el diámetro de la llanta —265/35 ZR19 y 295/30 ZR20—.