全新奥迪A8L配备的全新3.0升V型6缸汽油直喷机械增压发动机是奥迪整车高效战略的又一杰作，2010年12月，这台发动机荣获了由美国权威汽车杂志《Ward's Auto World》评选的“2011年全球十佳发动机”称号。

这款全新发动机的机械增压器结构极为紧凑，紧密地集成于V型发动机的90度夹角之中。增压器由发动机曲轴通过多楔带连接并驱动，造就了发动机在怠速下就能产生高增压值的特点。采用罗茨鼓风机的机械增压器工作转速能够达到23,000rpm，提供每小时1,000公斤的进气量，并将增压值保持在80千帕。增压器增压末端与进气歧管之间的距离较之前的设计大幅缩短，热传递效率更高的双铝制水冷中间冷却器将增压空气的高温，通过更短的距离，更迅速地降温。这一设计上的革新，使3.0TFSI的油门响应更加迅猛。

配以双中冷器的3.0 TFSI能够在2,500至4,850转的低转速区间迸发出420N?m的强大扭矩，并输出213千瓦（290马力）的峰值功率，0至100公里每小时加速时间仅为6.2秒。以强制进气替换排量，3.0 TFSI的强劲表现在超越上代3.2FSI发动机的同时，排量与油耗大大降低，百公里平均油耗降低了约15%，但功率提升将近22千瓦。与A8L匹配的3.0TFSI发动机还有另外一个高功率版本，245千瓦(333马力)的3.0TFSI发动机能提供更迅猛的公路表现，6.0秒的0到100公里/小时加速时间使全新奥迪A8L性能直逼高性能跑车，与此同时，还大幅降低油耗，百公里平均油耗仅为10.3升。3.0TFSI高功率版的扭矩在2,900至5,300转内达到峰值440N.m，与之相对应的功率在5,500至6,500的区间内得以全面展现。

源于奥迪高效模块技术，全新奥迪A8L全系发动机的曲轴和链条转动产生的摩擦均被优化，在行车减速过程中，动力回收系统将动能转换成缓冲于电池中的电能。革新性的热能管理系统确保了发动机、变速器和座舱内部之间理想的热能分配与循环。在发动机冷启动后，冷却系统被临时重新设定，冷却液中暂存的热量被临时用来加热发动机，大大减少了发动机预热时间，使发动机更迅速的进入理想工作温度。