Az M3-as alkatrészeivel félelmetes sportkocsi vált a roadsterből. A motorházban az ismerős 3,2 literes, 343 lóerős soros hathengeres tombol, amelyet ötször választottak már az Év Motorjának. A könnyedebb és kisebb légellenállású Z4-esben ráadásul még többre képes, mint az M3-asban: 5 másodperc alatt gyorsítja a roadstert 100 km/h sebességre, és ugyanennyi idő elég, hogy az autó 80 km/h-ról 120-ra gyorsuljon. A végsebesség persze itt is 250 km/h, de csak az elektronika beavatkozása miatt, a Z4 M elvileg ennél jóval többre is képes volna. Szintén az M3-asból érkezett a hatsebességes, rövid áttételű manuális váltó, míg a fékrendszert az M3 CSL-ből vették át. Ez meg is látszik a lassuláson: 100 km/h-ról mindössze 34 méteren képes megállni az autó.
A képességeihez mérten a Z4 M nem lett túlzottan hivalkodó. Az átalakított, szinte csak légbeömlő nyílásokból álló első lökhárító, a négy kipufogóvég és a 18 hüvelykes, 5x2 küllős felnik mellett csak a motorháztetőn kialakított két borda árulkodik arról, hogy nem egy mezei Z4-est látunk. A belső téren is visszafogottan módosítottak a tervezők: néhány króm díszítőelemen és a műszerek vörös mutatóin kívül semmi nem utal a BMW tuningrészlegének beavatkozására.
Az M változat bemutatásával egy időben a többi Z4-est is módosította a BMW. Itt is alakítottak egy keveset az első lökhárítókon, és a hátsó lámpákat is átdolgozták, a belső térben pedig elsősorban az anyagok minőségén javítottak. A lényeges változtatások azonban itt is a motortérben történtek: a 2,5 és 3 literes soros hathengeres motorokat erősebbre cserélték.
Az erősebbik 3.0 si változat már-már a Z4 M babérjaira tör. A beépített magnézium blokkos motor 265 lóerős, és 315 Nm-es csúcsnyomatéka 2500-as és 4000-es percenkénti fordulatszám között mindvégig kihasználható, így 0-ról 100 km/h-ra 5,7, 80-ról 120-ra 5,5 másodperc alatt gyorsul. A végsebesség itt is 250 km/h, az autó átlagfogyasztása pedig akár 8,6 liter is lehet, ha akad majd olyan tulajdonos, aki meg tudja állni, hogy sose nyomja tövig a gázpedált.
A 2.5 si változatot még mindig tekintélyes 217 lóerő mozgatja, bár itt már nem volt szükség a sebességkorlátozó elektronikára, hisz az elérhető sebesség 240 km/h. A gyorsulás ideje 0 és 100 km/h, illetve 80 és 120 km/h között egyaránt 6,5 másodperc. A polgári Z4-esek egyik újdonsága a BMW Sport Automatic fantázianevű, kézzel is kapcsolgatható automata váltója, amely elsősorban persze Észak-Amerikában válhat népszerűvé.
Ezzel a BMW-nél el is intézték a Z4-es modellciklus közben esedékes frissítését, bár 2006 közepén még jön egy újdonság, a tanulmányként nemrég bemutatott Z4 Coupé .