新一代RX350沿用了上代的那臺3.5L V6雙VVT-i發動機，最大功率203kw/6200rpm、最大扭矩342Nm/4700rpm，參數與上代幾無變化，這在車型大換代中是比較罕見的。實際上發動機內部沒有改變，只是進排氣系統等細節經過一些改良，改善了動力輸出曲線。和外形一樣，這又從側面說明這款2006年才首次應用的發動機技術夠新、完善可靠，廠方認為還不需要作大幅的技術升級。動力系統中最大的變化是變速箱從上代的5前速升級為6前速，讓RX350的動力系統與ES350完全看齊。廠方資料表示這臺6速變速箱非常智能，必要時懂得跳擋kickdown（例如可以從6擋直接跳到3擋），提供更敏捷的油門反應和更加顯著的加速推背感。改用6擋自動變速后，新一代RX350的極速達到200Km/h，超越（查成交價|參配|優惠政策）上代的180km/h，車身風阻系數的降低也有一部分功勞。