Búsqueda de la eficacia
El sistema híbrido del ML 450 Hybrid cuenta con un motor de gasolina V6 de 3,5 litros,  279 HP y ciclo Atkinson y dos motores eléctricos de 60 y 62 Kw de potencia (82 y 84 HP). Las baterías son de níquel e hidruro metálico (Ni/MH). En conjunto el sistema genera una potencia total de 340 HP, tal y como un V8 de gasolina podría generar sin dificultades. El consumo, no obstante, es impresionante para un conjunto mecánico con tanta fuerza: 21 mpg en ciudad y 24 mpg en carretera, es decir, casi un 60 por ciento menos que en un V8 de 340 HP. También lo es la autonomía: a velocidades de crucero y en carretera, el ML 450 Hybrid podría mantenerse en circulación más de 500 millas sin repostar.

El sistema híbrido Two Mode se complementa con dos sistemas ya habituales en este tipo de autos que buscan la máxima eficiencia de combustible: Stop / Start y reutilización de la energía producida en la frenada.

La velocidad máxima anunciada es de 130 mph, pasando de 0 a 60 mph en 7,8 segundos.

Sistema híbrido
La unidad de transmisión del sistema híbrido está compuesta por dos motores eléctricos, tres sistemas de engranajes planetarios y cuatro embragues. Con esta configuración se consigue combinar la propulsión térmica y eléctrica, individualmente o en conjunto.

Todo este equipo de transmisión está adaptado para funcionar en conjunto con el sistema de tracción total 4Matic. A diferencia del Mercedes S400 Hybrid, las baterías son de metal hidruro, con un total de 83 kg de peso y un voltaje de 288 voltios. Un sofisticado sistema de gestión incorporado en el cofre se encarga de calcular el modo más eficiente de funcionamiento en un ciclo de 160 veces por segundo, asegurando el más bajo consumo posible. Un módulo auxiliar también tiene encomendada la transformación del voltaje de 288 a los 12 voltios necesarios para la mayoría de los sistemas del vehículo.

Ciclo Atkinson
El sistema de transmisión híbrido Two-Mode es esencial en este ML450 Hybrid, pero no es el único responsable de tan bajos consumos. Mercedes ha decidido incorporar un motor de gasolina V6 de 3,5 litros modificado para funcionar según el ciclo Atkinson. Básicamente este ciclo de combustión consiste en mantener abierta la válvula de admisión durante más tiempo del normal en la fase de compresión. Con esto se reduce el consumo de combustible y las emisiones del motor.

Una de las carencias del ciclo Atkinson es la pérdida de torque a bajo regimen, algo que Mercedes compensa en el ML450 Hybrid con la ayuda de los motores eléctricos.

Por último, el crossover híbrido cuenta con una caja de cambios de transmisión variable continua con dos mods de funcionamiento: Económico y Deportivo. En este último, la caja simula una clásica caja automática de ocho relaciones, con una rapidez extrema en el salto de marcha en el modo deportivo.