El bloque de cilindros es de tipo «closed-deck». Esta construcción se caracteriza porque los conductos de refrigeración de los cilindros no los rodean completamente. Su fabricación es más difícil pero permite obtener una cámara de combustión más compleja y de forma más estable.
La sobrealimentación es mediante dos turbocompresores, una solución que respecto a la de un turbo tiene como principal ventaja una respuesta más rápida al poder ser de menor tamaño y por tanto tener menor inercia. Además de dos turbocompresores (normales, no de doble entrada), el motor tiene los sistemas de distribución de alzada variable «Valvetronic» y en fase continua. BMW dice que «regulan juntos de manera plenamente variable la carrera de las válvulas de admisión», no hace referencia a las de escape.
Para conseguir una correcta refrigeración del motor y la caja de cambios hay tres radiadores para el líquido del motor, uno principal y dos secundarios que corresponden a los circuitos de alta y baja temperatura. También lo hay para refrigerar el aceite del motor y el de la caja de cambios automática de doble embrague. Para evitar la aparición de carbonilla en el eje de los turbocompresores existe una bomba eléctrica, complementaria de la principal, que se encarga de hacer circular el refrigerante por ellos cuando el motor ya está apagado.
Una de las formas en que BMW ha logrado mejorar las prestaciones y disminuir el consumo del M4 con respecto al M3 ha sido reduciendo la masa del vehículo, gracias a un mayor uso de aluminio y plástico reforzado con fibra de carbono (PRFC) en su construcción. Así, el M4 Coupé con el cambio manual es 83 kilogramos más ligero (pesa 1497 kg) que el M3 Coupé equivalente (ficha comparativa), mientras que el M4 Cabrio con cambio manual es 60 kilogramos más ligero que el M3 Cabrio equivalente (ficha comparativa). El M4 descapotable es 253 kilogramos más pesado que el cupé (ficha técnica comparativa).
El techo del M4 Coupé puede ser metálico (si tiene techo solar) o fabricado con PRFC para que pese unos 6 kg menos y el centro de gravedad esté más bajo. El eje de transmisión también es de PRFC en vez de dos piezas de metal que pesa un 40 % menos que el anterior, además no necesita de un soporte. Esta solución no es frecuente pero tampoco innovadora, Renault uso un eje de material compuesto en la primera generación del Espace Quadra, en 1988. Las aletas delanteras y el capó son de aluminio mientras que la tapa del maletero es de PRFC.
La suspensión es independiente en las cuatro ruedas y está hecha en su mayoría de aluminio (BMW dice que el ahorro en peso de la delantera respecto a una de acero es de 5 kg; y que en la trasera, respecto a la del modelo reemplazado, se reduce en 3 kg). La suspensión delantera tiene una barra de refuerzo entre torretas curva (imagen) hecha de PRFC que pesa 1,5 kg y que aporta mayor rigidez que una de aluminio.