El motor (DW10 BTED4 ) es una variante del HDi de 107 CV, pero con otra culata, un sistema de alimentación distinto y un filtro de partículas evolucionado.

La culata tiene cuatro válvulas por cilindro, con dos árboles de levas. Una correa dentada mueve al árbol de escape, que a su vez está comunicado con el de admisión por una pequeña cadena. Como es ya normal, los árboles de levas están hecho colocando levas de acero forjado sobre un tubo de acero.

Como ocurre en el HDi de 2,2 l de cilindrada (y en otros muchos Diesel), cada conducto de admisión en un cilindro tiene una función distinta.

Uno crea una turbulencia tangencial al cilindro («swirl»), que facilita la carburación; por otro perpendicular al cilindro, entra casi todo el aire. A diferencia del HDi de 2,2 l, no hay un sistema de mariposas que cierra el segundo cuando el motor funciona con carga parcial. En este motor de 2,0, los dos conductos funcionan simultáneamente.

Sobre esta culata hay una pieza que integra la tapa de la culata y el colector de admisión. Esta pieza está hecha de material compuesto de poliamida y fibra de vidrio.

El turbocompresor es variable, marca Garrett y con una válvula de descarga controlada por depresión. Lleva un intercooler aire/aire. Hay una función de sobrepresión en las cuatro marchas superiores y dentro de un margen de régimen entre 1.750 y 3.200 rpm. Si se acelera a fondo dentro de esas condiciones, el par máximo llega a 340 a 2000, cuando normalmente es 320 a ese mismo régimen. La potencia máxima es siempre 136 CV a 4.000 rpm.

El sistema de inyección es Siemens, de conducto común. La presión de inyección varía entre 250 bares (cuando es posible) y 1.650 (cuando es necesario). Cuanto mayor es la presión de ineyección, tanto mayor es el ruido y las vibraciones. Los inyectores son de tipo piezoeléctrico, con seis orificios.

Según la carga y el régimen, hay seis inyecciones posibles (lo que no quiere decir que se den las seis en el mismo ciclo). Hay dos preinyecciones para limitar el ruido, una inyección principal dividida en dos y hasta dos posinyecciones para quemar las particulas almacenadas en el filtro. El acelerador es electrónico.

El sistema de descontaminación lleva un catalizador de oxidación cerca de la culata y recirculación de gas de escape (sin refrigerar) mediante una válvula de mando eléctrico. Las variables que condicionan la recirculación de gas son el régimen, la carga, la temperatura del aire de admisión y su caudal.

Este filtro retiene partículas y las quema periódicamente, bien con el funcionamiento normal del motor y o bien con posinyecciones que elevan la temperatura del gas de escape. El aditivo Eolys sirve para quemar adecuadamente las partículas; está en un depósito independiente y se añade automáticamente al combustible cuando es preciso.

La lubricación tienen un radiador agua/aceite en el bloque del motor e integrado con el filtro.

La caja de cambios tiene dos ejes y sincronizadores en todas las marchas, de triple cono en las dos primeras y de doble cono en la tercera. Según Peugeot, a 150 km/h constantes, el 307 con este motor gira 450 rpm más despacio que con el motor de 107 CV, y gasta 0,7 l/100 km menos.