Ondanks de type-aanduiding doet de ML 450 Hybrid het met een 3.5 V6, net als de S-Klasse. Deze werkt in de ML samen met twee elektromotoren en nimh-accu's. Dit in tegenstelling tot de S 400 HYBRID, die het met een enekele elektromotor maar moderne lithium-ion accu's moet doen. Ook kan de ML wel volledig elektrisch rijden, dankzij het Two-mode hybridesysteem dat is ontwikkeld in samenwerking met GM - de Escalade heeft ook deze techniek.

Met volle belasting van de V6 en de elektromotoren zijn de prestaties van formaat. Dan zijn 340 pk op de been om de honderdsprint in 8 tellen te doen slagen. De topsnelheid bedraagt 210 km/u. Het brandstofvebruik varieert van 9.8-11.2l/100 km, afhankelijk van de omstandigheden. Goed voor een actieradius van 840 kilometer.