El Panamera S Hybrid puede funcionar con el motor eléctrico, con el térmico o con ambos a la vez. El conductor no tiene que seleccionarlos, automáticamente, una unidad de control decide cuál debe funcionar y en qué medida. La autonomía en modo totalmente eléctrico es de unos dos kilómetros y la velocidad máxima a la que puede llegar a circular en este modo es 85 km/h (según informa Porsche «en ligera pendiente»).

El sistema de propulsión es el mismo que tiene el Porsche Cayenne S Hybrid y el Volkswagen Touareg Hybrid. El motor térmico es de gasolina —con seis cilindros y un compresor volumétrico— y da 333 CV. Es el mismo motor que utilizan, por ejemplo, el Audi A5 y A6.

El motor eléctrico (imagen) de 34 kW (47 CV) y 12 cm de grosor, va colocado a continuación del motor de combustión y unido a éste por un embrague. A continuación va la la caja de cambios, de 8 velocidades y convertidor de par. El motor eléctrico del Panamera S Hybrid puede hacer varias funciones: sumar su potencia al de combustión, funcionar de alternador (para cargar la batería) y hacer de motor de arranque.

Para que el motor eléctrico pueda mover por sí solo al coche, la temperatura del aceite y líquido refrigerante debe estar por encima 15 grados centígrados, la temperatura ambiental por encima de 10 grados y la carga de la batería debe ser superior al 38%.

Para que el motor eléctrico apoye al de gasolina el conductor debe pisar el acelerador a fondo (o al 80 % de su recorrido en caso de que esté activado el modo de conducción «Sport»). Aproximadamente, el motor eléctrico puede apoyar al motor de gasolina durante 30 o 40 segundos, que es el tiempo en el que se agota la batería. Cuando los dos motores funcionan a la vez, el par máximo es 580 Nm a 1.000 rpm (gráfico de curvas de potencia y par)

El embrague que une el motor eléctrico al de combustión permite desacoplar y apagar el motor térmico para reducir las pérdidas por rozamiento cuando el conductor levanta el pie del acelerador circulando a menos de 165 km/h (o 80 km/h en modo Sport).

La batería de la que se alimenta el motor eléctrico es de hidruro metálicos de níquel. Esta batería no se puede recargar en un enchufe. La recarga se produce principalmente cuando el motor eléctrico hace de alternador cuando es movido por el motor térmico. Además, también almacena energía mediante la frenada regenerativa: cuando el coche pierde velocidad, el motor eléctrico se convierte en generador. Tiene una capacidad de aproximadamente 1,7 kWh y su tensión son 288 V. Como es habitual, solo una parte de la capacidad de la batería se aprovecha para la impulsión del coche, en este caso aproximadamente 0,7 kWh. Según Andrés Delgado (Jefe de Formación de Porsche Ibérica S.A.), la razón por la que este modelo no utiliza una batería de iones de litio (de mayor densidad energética a igualdad de peso) es porque elevaría considerablemente el precio del coche.

Porsche ha tenido que hacer algunas modificaciones en el Panamera S Hybrid (respecto a cualquier otro Panamera) debido a que puede funcionar con el motor de combustión apagado: la bomba de vacío del freno es eléctrica, la dirección también está asistida por un motor eléctrico así como el aire acondicionado (imagen de estos dispositivos). El motor del aire acondicionado es el único de los tres que funciona alimentado por la batería de alta tensión (según Porche para que pueda ser de pequeño tamaño); el resto funciona con una batería tradicional de 12V.

La batería (imagen) va debajo del piso del maletero (pesa unos 70 kilos y está formada por 240 celdas), reduce algo su capacidad en comparación al de cualquier otro Panamera de 445 a 350l. Va protegida por una especie de jaula para evitar que se deforme en caso de accidente. Una peculiaridad de esta batería respecto a la que tiene un Cayenne Hybrid, es que lleva un sistema independiente de refrigeración. Imagen de su circuito de refrigeración.

Debido al los componentes del sistema híbrido de propulsión, el Panamera S Hybrid es un coche pesado: 2 055 kg en condiciones de homologación, es decir 210 kg más que un Panamera 4S (400 CV), que tiene un motor de ocho cilindros en lugar de seis y tracción total en lugar de a las ruedas traseras.