El Mazda6 está disponible con tres motores de gasolina con 1.8, 2.0 y 2.3 litros de cilindrada. Todos ellos están fabricados en aluminio y tienen cuatrocilindros en línea, cuatro válvulas por cilindro y doble árbol de levas en culata.

El más novedoso es el de 2,3 litros. Es el único con distribución variable («Sequential Valve Timming») y desarrolla 166 CV de potencia a 6.500 rpm y 207 Nm de par a 4.000 rpm. Como otros motores de cuatro cilindros, necesita árboles de equilibrado para limitar ciertas vibraciones.

Los motores de 1,8 y 2,0 litros de cilindrada del Mazda6 son los mismos que utiliza el Ford Mondeo, pero en el Mazda están ligeramente retocados y tienen algo menos de potencia y par. El 1.8 16V desarrolla 120 CV a 5.500 rpm y 165 Nm de par a 4.500 rpm (125 CV y 170 Nm en el Mondeo). El 2.0 16V desarrolla 141 CV a 6.000 rpm y 181 Nm a 4.500 rpm (146 CV y 190 Nm en el Mondeo).

Las versiones de 120 y 141 CV están disponibles con nivel de equipamiento «Active», mientras que el 2,3 litros de 166 CV sólo con acabado «Sportive». En algunos mercados también hay un motor 3.0 V6 de gasolina con 222 CV de potencia que no está previsto para España. 

En Diesel hay dos variantes que tienen el mismo motor de cuatro cilindros en línea y 2,0 litros de cilindrada pero diferente potencia: 120 y 136 CV.

Dicho motor de origen Mazda es una evolución del anterior motor 2.0 DVTD que utilizaba el Mazda 626 (con 110 CV y 230 Nm de par). Es un motor de cuatro cilindros en línea con inyección directa, cuatro válvulas por cilindro, turbocompresor de geometría variable e intercooler, pero en el Mazda6 estrena un nuevo sistema de inyección por conducto común desarrollado por Denso. Alcanza unos 1.800 bares de presion y es capaz de hacer varias inyecciones en el mismo ciclo, unas antes y otras después de la inyección principal. En la variante menos potente desarrolla 120 CV, mientras que el más potente alcanza 136 CV gracias a una gestión electrónica específica. En ambos casos, el par es 310 Nm a 2.000 rpm.

Los Mazda6 2.0 CRTD de 120 CV se venden sólo con el acabado «Active»; los 2.0 CRTD de 136 CV se ofrecen con los dos equipamientos disponibles.

En cuanto a la transmisión, toda la gama tiene tracción a las ruedas delanteras y cambio manual de cinco velocidades. También hay dos variantes de cambio automático: uno de cuatro marchas disponible en los Mazda6 2.0 16V de 141 CV (en otros mercados se ofrece dicho cambio automático en todas las versiones de gasolina) y otro de cinco velocidades con mando secuencial, denominado «Activematic», reservado exclusivamente a la única variante con tracción a las cuatro ruedas, el Mazda6 Sportive 2.3 16V 4WD con carrocería familiar (Wagon).