Le moteur à essence T6 s'inspire du moteur compact en aluminium, à cylindres en ligne, de 3,2 litres, et qui faisait partie de la gamme de motorisations S80 depuis son lancement en mars 2006. La version turbo offre une cylindrée de 3,0 litres, 285 chevaux et un couple de non moins de 400 Nm. Le couple maximum est disponible dès 1500 rpm et se maintient pendant la montée en régime, ce qui entraîne une accélération très rapide et une grande souplesse de conduite (de 0 à 100 km/h en 7,2 secondes: donnée préliminaire).

La cylindrée quelque peu réduite de la version turbo, due à l'alésage légèrement plus étroit du cylindre et au temps plus court, est compensée par le turbocompresseur qui, dans ce moteur, permet l'échappement des gaz en deux étapes, avec une arrivée gravitaire divisée en deux lots de trois cylindres chacun, un système connu sous le nom de technologie twin-scroll (collecteur d'échappement à double entrée). La technologie twin-scroll permet d'utiliser un turbocompresseur plus compact et simplifié et accélère considérablement les temps de réponse, faisant ainsi jeu égal avec ceux des doubles turbocompresseurs.

Le modèle T6 de la Volvo S80 est équipé du système Volvo à quatre roues motrices. Le système de transmission intégrale fonctionne avec un embrayage hydraulique à commande électronique et répartit l'entraînement entre les roues avant et arrière de façon à garantir la meilleure adhérence possible en toute situation. Ce système propose l'Instant Traction service-free Instant Traction qui transfère l'entraînement, en une fraction de seconde, des roues avant aux roues arrière, en cas de démarrage sur surface glissante ou meuble.

Le moteur cinq cylindres D5 turbo diesel peut également être associé à la transmission intégrale sur la Volvo S80. Le D5, puissant et facile à conduire, développe une puissance de 185 chevaux et un couple minimum de 400 Nm – et ce, sur un nombre particulièrement important de tours/min. Le nouveau moteur D5 est équipé d'un turbocompresseur à commande électronique, d'une technologie d'injection multipoint sophistiquée et d'un puissant système de gestion moteur. Le véhicule offre de hautes performances de conduite. Par ailleurs, la motricité et la conduite se trouvent encore améliorées par le système de transmission intégrale équipé de l'Instant Traction. Le D5 est une alternative très écologique grâce au filtre à particules de série, qui ne nécessite aucun entretien.