La vaste gamme comprend des versions 6 cylindres et V8, à essence ou diesel. Au cœur de la gamme, la 528i à moteur 6 cylindres en ligne de 2.8 Litres à 24 soupapes développant 193 cv à 5 300 tr/min, et à boîte manuelle standard à 5 rapports, atteint les 100 km/h en 9 s et une vitesse de pointe de 230 km/h. Une boîte automatique adaptative à 5 rapports est proposée en option et dispose d'un mode manuel Steptronic qui permet de changer de vitesse sans embrayer.
La 528i est une propulsion et, grâce à une suspension légère entièrement en aluminium employant un essieu avant sophistiqué à double articulation et un système multibras à l'arrière, elle est très appréciée des amateurs de conduite. La gestion de stabilité automatique et l'antipatinage disponibles en série corrigent le patinage des roues motrices, mais ce système peut être désactivé pour permettre au conducteur de profiter au maximum du châssis exceptionnel.
Poussée dans ses derniers retranchements, la 528i est bien équilibrée à la limite d'adhérence ; les dérapages deviennent alors tout aussi spectaculaires que maîtrisés. Les pneus de 225/60 montés sur des jantes en alliage de 16 pouces procurent une adhérence optimale et contribuent à la sécurité de la voiture en conduite routière normale. La direction assistée reste légère pour les manœuvres de parking, mais suffisamment communicative lorsqu'on taquine l'accélérateur. Quand il s'agit de s'arrêter, la Série 5 fait appel à un freinage à disques ventilés avec système antiblocage.