新型レクサスLS500には、3.5リッターツインターボエンジンが搭載される。421ps/5200〜6000rpmの最高出力、600Nm/1600〜4800rpmの最大トルクを発揮するこの新開発ユニットは、圧倒的な静粛性とともにフラットなトルク特性を活かした爽快な加速を生み出す。発表によると、LS500の0→60mph（96km/h）加速は4.5秒をマークするという。

トランスミッションは10速ATに

レクサスはこの新V6ユニットを「先代V型8気筒エンジンに匹敵するパワーを持つ」と語っている。実際に現行4.6リッターV8の392ps/500Nmを大きく上回っており、それが5.0リッターエンジンに匹敵するアウトプットをマークすることから、グレード名が「LS500」になったと予想できよう。

また走行モードを「ノーマル」「スポーツ」「スポーツ+」に変化させることで、このパワートレインのレスポンスやフィーリングを調整することができるという。

組み合わせるトランスミッションは「Direct-Shift 10AT」と呼ばれる10速AT。新開発エンジンとの組み合わせは、優れた環境性能や快適性だけでなく、切れ味の良い変速を高次元で両立したものだとトヨタは紹介している。