Cung cấp sức mạnh cho 2 mẫu xe này là khối động cơ S58 tăng áp kép 3.0L mới. Khối động cơ sản sinh công suất cực đại 473 mã lực và mô-men xoắn 598 Nm ở dạng tiêu chuẩn, tăng 49 mã lực và 50Nm so với trước đây. Xe có khả năng tăng tốc từ 0 - 100 km/h trong 4,2 giây. Đi kèm với các biến thể M3/M4 này là hộp số sàn 6 cấp tiêu chuẩn.
Đối với cấu hình Competition, BMW M3 và M4 mới sẽ mạnh mẽ tới 503 mã lực và mô-men xoắn cực đại là 650Nm, tăng gần 59 mã lực và 100Nm so với bản cũ. Với hộp số tự động 8 cấp từ các "đàn anh" M5 và M8, M3 và M4 Competition mới chỉ cần 3,9 giây để tăng tốc từ 0 - 100 km/h.
BMW M3 và M4 cũng sẽ lần đầu tiên có sẵn với hệ dẫn động bốn bánh M xDrive tùy chọn. Hệ dẫn động này sẽ cung cấp mô-men xoắn cho toàn bộ bánh sau trong điều kiện lái xe bình thường, và chỉ chuyển lực tới trục trước khi phát hiện thấy mất lực kéo.
Khung gầm của M3/M4 mới cũng được tăng cường về cấu trúc và hệ thống treo tùy chỉnh. Trong đó, khung phụ phía trước được làm bằng nhôm với các thanh chống kiểu tháp, thanh giằng dọc và một tấm chống cắt đơn có tích hợp các thanh giằng bên. Phần trung tâm và phía sau của khung cũng đã được sửa đổi với thanh ngang cân bằng kiên cố.
Hệ thống phanh này được liên kết với bộ phanh hợp chất M mới cùng kẹp phanh sáu pít-tông phía trước và đĩa trước 380 mm. Cùm phanh có màu xanh lam tiêu chuẩn hoặc tùy chọn màu đen hoặc đỏ. BMW cũng cung cấp cho khách hàng tùy chọn hệ thống phanh carbon-gốm có đĩa trước 400 mm và kẹp phanh vàng Gold.
Hai mẫu xe M3 và M4 này được trang bị bộ mâm hợp kim với thiết kế thể thao. Ở phía trước, xe được trang bị bộ mâm 18 inch, phía sau được trang bị mâm 19 inch. Trên các phiên bản Competition, xe được trang bị mâm phía trước với kích thước 19 inch, phía sau được trang bị mâm với kích thước 20 inch.
Đối với nội thất, khoang cabin của chiếc sedan và coupe hiệu suất được tô điểm với ghế thể thao M bọc da Merino hạt mịn và lần đầu tiên có hệ thống thông gió, nút M màu đỏ trên vô lăng, nút khởi động màu đỏ và hộp số phát sáng trên các mẫu xe số tự động.
Về ngoại thất có bước đột phá cũng như khác biệt đáng kể so với phiên bản trước, xe sở hữu thiết kế với bộ lưới tản nhiệt kép BMW cỡ lớn được thiết kế thẳng đứng, các phần hốc bánh xe trước được thiết kế góc cạnh, cách điệu. Cách phần ốp hông của xe cũng được thiết kế mở rộng và liền mạch, ngoài ra xe còn được trang bị phần nóc xe bằng sợi carbon với các đường nét được thiết kế nhằm tăng tính khí động học.
Thêm vào đó, xe còn được trang bị cánh gió sau và cặp ống xả đến từ bộ phận M Performance quen thuộc. Hai chiếc xe đều sở hữu màu sơn ngoại thất xanh mới đầy nổi bật. Ngoài ra, những trang bị carbon cho ngoại thất hay một số trang bị từ M Performance sẽ được cung cấp tới khách hàng dưới dạng tùy chọn.Về tính năng an toàn của xe bao gồm Driving Assistant Professional với hỗ trợ lái và kiểm soát làn đường, điều hướng chủ động, hỗ trợ đỗ xe với hỗ trợ lùi, màn hình BMW Head-Up với hiển thị số ảo.
BMW M3 và M4 2021 sẽ có mặt tại thị trường Hoa Kỳ vào tháng 3 năm sau với giá khởi điểm từ 69.900 USD.