リアのガラスハッチの奥にV型6気筒DOHC 3.5リッターツインターボエンジンを搭載。エンジンの最高出力は507PS、最大トルクは56.1kgm。V8やV10を採用しなかったのは新型NSXの開発コンセプトである人を中心にした「ヒューマン・オリエンテッド」に沿ったもの。高圧縮化、ドライサンプ潤滑などを採用し、ミドルクラスのエンジンでありながらハイパワーと高い運動性を実現する。また、リアには最高出力48PS、最大トルク15.1kgmのダイレクトドライブモーターを設置。このモーターはクランクシャフトに直結していて、トランスミッションがどのギヤにあってもターボラグを補うためのアシストを行なう。なお、ダイレクトドライブモーターはスターターとジェネレーターの機能を兼ねている