3.0ℓターボエンジンにモーターを組み合わせ、システム総合で510ps/750Nmを引き出す
S580e 4MATICロングには、367ps/500 Nm を発揮する3.0ℓ直列6気筒ターボエンジン「M256」に、150ps/440 Nm を発する永久磁石同期モーターを組み合わせたプラグインハイブリッドシステムを採用。システム総合では510ps/750Nmを引き出す。ちなみに、WLTCモードによるハイブリッド燃費は11.2km/ℓと発表されている。
容量28.6kWh のリチウムイオンバッテリーが搭載され、車速140km/hまではモーターのみでの走行が可能で、EVのように使用することも可能だ。また、モーターのみでの走行可能な航続距離は約100kmだ。なお、6.0kWまでの交流普通充電と、最大60kWまでの直流急速充電（CHAdeMO規格）に対応している。
ドライブモードは以下の5つを設定。
・H：デフォルトのハイブリッドモードで、走行状況、走行距離に応じて駆動方式が選択される。
・S：スポーツモード。最高のレスポンスによりスポーティな走行性能を実現することを重視モード。
・I：インディビジュアルモード。走行特性、ステアリング特性を個別に設定できるカスタマイズ可能なモード。
・EL：エレクトリックモード。セーリングモードが作動し、140km/h までの速度で電気モーターのみでの走行が可能。
・B：バッテリーホールドモード。充電量を一定に保つため、ハイブリッドシステムによる駆動方式を選択。
ELモード走行時には、ステアリングホイール裏のパドルによりバッテリーへのエネルギー回収量を4段階で調整可能。パドルは左側が回生レベルの上昇、右側が低減のスイッチとなっており、以下の段階が設けられている。なお、完全に停車させるときは、回生ブレーキの設定に関係なくブレーキ操作を行う必要がある。
・D+：コースティング
・D：軽度の回生ブレーキ
・D−：中程度の回生ブレーキ
・D Auto：前走車との車間距離、登坂・降坂などの道路状況などを加味し、最適な強度の回生ブレーキ
インテリジェントアクセルペダルには「プレッシャポイント機能」が備わっている。ELモードの際、これ以上アクセルを踏むとエンジンも使用しなければならないというモーター走行の限界点でアクセルペダルの抵抗を増してドライバーに知らせることにより、無駄なエネルギーの消費を抑えるドライビングを実現する。