Новый A4 выходит на рынок с пятью мощными, тщательно проработанными двигателями. Все агрегаты представляют собой двигатели с непосредственным впрыскиванием, оба четырехцилиндровых двигателя, а также двигатели V6 TDI работают с турбонаддувом. Имея достаточную мощность, двигатели в новом A4 способствуют получению настоящего удовольствия от вождения. Одновременно они расходуют меньше топлива, чем предшествующие модели. В плане трансмиссии водители могут выбирать из целого ряда высокотехнологичных решений. Ручное переключение передач и автоматическая коробка передач передают моменты двигателей на передние колеса или на особенно динамичный полный привод quattro.

Оба бензиновых двигателя 3.2 FSI и 1.8 TFSI, также как и двигатели TDI, используют принцип непосредственного впрыскивания, при котором топливо впрыскивается непосредственно в камеры сгорания. Испарение топлива снижает нагрев камеры сгорания, что позволяет получить высокую компрессию. Это повышает коэффициент полезного действия, и таким образом компания Audi обеспечивает соответствие мощности и эффективности.

Новый двигатель 3.2 FSI, принадлежащий к ультрасовременному семейству V-образных двигателей компании Audi, является самым мощным силовым агрегатом в новом A4. Он дает 195 кВт (265 л.с.) при рабочем объёме двигателя 3 197 см³ и обеспечивает крутящий момент 330 Нм в диапазоне от 3 000 до 5 000 об/мин. Данный двигатель разгоняет A4 3.2 FSI quattro с ручной коробкой передач до 100 км/ч всего лишь за 6,2 секунды, максимальная скорость ограничена 250 км/ч. Как альтернатива с 2008 года он может быть объединён с шестиступенчатой КП tiptronic, которая передаст его мощность на полный привод quattro.

При работе впускных клапанов действует открывающая новый путь инновация компании Audi - система управления клапанами Audi Valvelift System (AVS). Она работает с передвижными втулками, т.н. кулачковыми элементами, на распределительных валах. Они имеют различные профили для малого и большого подъёма клапанов. Когда они перемещаются, высота подъема клапана изменяется. AVS обеспечивает постоянное идеальное наполнение камер сгорания; дроссельная заслонка может преимущественно оставаться полностью открытой, что позволяет двигателю свободно "дышать".

Audi A4 3.2 FSI quattro с ручной коробкой передач расходует 9,2 л на 100 км, на 1,2 л меньше чем предшественник с мощностью 188 кВт (255 л.с.). Примерно наполовину это достижение обеспечивается новой работой клапанов, другая половина - уменьшенным внутренним трением. Масляный насос уменьшен в объеме и оптимизирован по потере мощности. Водяной насос теперь работает в соответствии с реальной потребностью, что также экономит топливо.

Меньший из двух бензиновых двигателей, а именно 1.8 TFSI, представляет собой высокоэффективный двигатель. Компактный четырехцилиндровый двигатель выдает 118 кВт (160 л.с.) и 250 Нм в диапазоне от 1 500 до 4 500 об/мин при рабочем объеме 1 798 см³. Он разгоняет A4 с ручной коробкой передач за 8,6 секунд до шоссейной скорости и далее до 225 км/ч. В EU-цикле он расходует всего лишь 7,1 л на 100 км, примерно на 1,1 л меньше, чем его предшественник. Как альтернатива ручному переключению имеется бесступенчатая автоматика multitronic, оба привода передают мощность на передние колеса.

1.8 TFSI очень схож с 2.0 TFSI, который был трижды выбран международным журналистским жюри "двигателем года". У меньшего двигателя, который представляет новую конструктивную серию, непосредственный впрыск бензина и турбонаддув образуют идеальную комбинацию. Давление впрыскивания возросло на 150 бар, новые инжекторы точно распределяют топливо в камере сгорания. Турбокомпрессор реагирует особенно динамично - при 2 000 об/мин он ускоряется на 30 % быстрее и до примерно на 10 % более высокого крутящего момента, чем обычный 1.8T предшественника. Четырехцилиндровый двигатель обеспечивает хорошую тягу и работает точно и тихо.