Pod maską samochodu znajdzie się silnik VQ37VHR o pojemności 3,7 litra z systemem VVEL (Variable Valve Event and Lift – bezstopniowa regulacja faz rozrządu). Oprócz większej pojemności, atutem silnika jest także lepszy rozkład mocy w całym zakresie obrotów aż do czerwonego pola zaczynającego się od 7 000 obr/min. Jednostka osiąga także większą moc przy niższej prędkości obrotowej i wyższy moment obrotowy przy wyższej prędkości obrotowej, co przekłada się na zupełnie nowe doświadczenia w prowadzeniu tego pojazdu. W porównaniu z poprzednią konstrukcją, około 35 procent części silnika jest zupełnie nowych. Silnik rozwija moc 331 KM i maksymalny moment obrotowy 366 Nm.
Nowy silnik może współpracować z jedną z dwóch nowych zaawansowanych przekładni. Nowa 6-biegowa skrzynia o krótkich przełożeniach wyposażona jest w pierwszy na świecie system zmiany przełożeń zsynchronizowany z prędkością obrotową silnika, który pozwala perfekcyjnie i płynnie operować dźwignią zmiany biegów. Funkcja „SynchroRev Control” automatycznie steruje prędkością obrotową silnika, dostosowując ją do poziomu odpowiadającego sąsiedniemu przełożeniu. Działanie systemu polega na krótkotrwałym zwiększeniu otwarcia przepustnicy, aby włączenie niższego lub wyższego biegu następowało bardziej płynnie.
Nissan 370Z, podobnie jak jego poprzednik, dostępny będzie jedynie w wersji z materiałowym dachem. Nie jest to bynajmniej wadą, gdyż użytkownicy modelu 350Z Cabrio rzadko narzekali na mechanizm automatycznego składania oraz chwalili wytrzymałe i bezpieczne pałąki antykapotażowe.
