Pohonné ústrojí je složeno z čtyřválcového vznětového motoru známého z E 250 CDI (150 kW) a elektromotoru o výkonu 15 kW. Dohromady oba agregáty poskytují točivý moment až 580 Nm a celkový výkon 165 kW.

Malý elektromotor je včleněn mezi spalovací motor a sedmistupňovou automatickou převodovku a pomáhá při akceleraci, kdežto při brzdění slouží coby hlavní součást soustavy rekuperace brzdné energie. Spalovací agregát je dočasně zcela vypnut, pokud řidič pouze udržuje konstantní rychlost (za pomoci elektromotoru) do 80 km/h.

Mercedes-Benz E 300 BlueTEC HYBRID má schopnost jet krátkodobě na čistě elektrický pohon rychlostí až 35 km/h, dosahuje průměrné kombinované spotřeby 4,1 l/100 km což je ekvivalent emisní zátěži CO₂ ve výši 109 g na kilometr.

Podle výrobce si přestavba sedanu řady E na tuto pohonnou soustavu nevyžádala žádné omezení objemu zavazadelníku, kompaktní lithium-iontový akumulátor vypůjčený z S 400 Hybrid byl totiž umístěn přímo do motorového prostoru.

Posilovač řízení i kompresor klimatizace byly elektrifikovány, takže fungují, i když spalovací motor právě nepracuje.

Model E 300 BlueTEC HYBRID, jehož prodej bude zahájen koncem příštího roku, bude možno pořídit i ve verzi kombi.