Der neue BMW V8-Motor wurde als zweites Mittglied der neuen Ottomotoren-Generation mit BMW VALVETRONIC in der 7er-Limousine vorgestellt. Zusammen mit dem weltweit ersten Sechsgang-Automatikgetriebe stellt er die Spitzenmotorisierung (4,4 l - 245 kW - 450 Nm) der neuen 5er-Limousine dar. Die Achtzylindermotoren mit einem V-Winkel von 90 Grad haben einen Zylinderabstand von 98 mm, der Bankversatz beträgt 18 mm. Das Kurbelgehäuse ist ungeteilt und wird in Opendeck-Ausführung aus AlSi17Cu4Mg gegossen. Gewichtsoptimierte Kastenkolben und trapezförmige Pleuel mit einer Länge von 140 mm erlauben die Verwendung einer Sphäroguss-Kurbelwelle aus GGG70. Zu den wesentlichen konzeptionellen Merkmalen der neuen V8-Motoren gehört die VALVETRONIC, die nach dem Prinzip der drosselfreien Laststeuerung die Ladungswechselverluste in weiten Betriebsbereichen deutlich reduziert. Im Verbund mit der stufenlos verstellbaren Sauganlage, bei der in Abhängigkeit von der Motordrehzahl die wirksame Saugrohrlänge von 670 mm auf 230 mm verkürzt werden kann, weist der V8-Motor mit 103 Nm/l und 55,7 kW/l bei einem minimalen Kraftstoffverbrauch von 240 g/kWh absolute Spitzenwerte auf. Charakteristisch für das Abgasanlagenkonzept sind die luftspaltisolierten Abgaskrümmer mit innenhochdruckumgeformten Rohren sowie motornahe Hauptkatalysatoren mit Monolithen aus Dünnwandkeramik (4,3 mil/400 cpsi). Dieses System sorgt dafür, dass sämtliche gültigen Emissionsgrenzwerte, einschließlich der EU-4-Norm und des US-LEV-Standards, erfüllt werden können. Das neue Sechsgang-Handschaltgetriebe wird in Verbindung mit dem Achtzylindermotor erstmalig im neuen 545i verbaut. Mit einem maximalen Drehmoment von 600 Nm, einer Drehzahlgrenze von 6500/min und einem Gewicht von 53 kg gehört es zu einem der leistungsstärksten Handschaltgetriebe im Pkw-Bereich. Die maximale Geschwindigkeit von 250 km/h erreicht der 545i sowohl im fünften als auch im sechsten Gang. In das Getriebesteuergerät wurde eine Reihe neuer Funktionen implementiert. Der weltweit erste Sechsgang-Stufenautomat 6HP26 kommt in Verbindung mit den V8-Otto-Motoren auch zum Einsatz. Die wichtigsten Innovationen des 6HP26 sind: Stufenautomat auf Basis des intelligenten Lepelletier-Radsatzkonzepts, das für sechs Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang nur fünf Schaltelemente (drei Kupplungen/zwei Bremsen) benötigt, große Gesamtspreizung von 6,04 sowie erhebliche Gewichtsreduzierung gegenüber der Fünfgang-Vorgängerfamilie durch deutliche Verringerung der Bauteile und durch konsequenten Leichtbau.