Por primera vez en la Clase S, Mercedes-Benz ofrece su sistema «4Matic» de tracción a las cuatro ruedas en los modelos S 350 (a partir de enero de 2003), S 430 y S 500. Dicho sistema trabaja en unión con el control de estabilidad (ESP) y el sistema electrónico de tracción (4ETS) que llevan de serie. Las versiones «4Matic» cuestan 3.000 € más que las versiones correspondientes con propulsión a las ruedas traseras.

Para adaptar la tracción total permanente «4Matic» se ha tenido que rediseñar el eje delantero: el sistema de cuatro brazos se ha sustituido por un eje de trapecio articulado. Además, se ha situado en una posición un poco más retrasada el engranaje de la dirección y las pinzas de freno fijas con cuatro pistones que llevan de serie en el eje delantero se han tenido que sustituir por unas pinzas de freno flotantes (según los ingenieros de la marca no era posible mantener las pinzas fijas en las versiones «4Matic»). También se agranda el túnel de transmisión para alojar la caja de transferencia y los semiejes delanteros. Por último, se ha incrementado la altura 5 mm en ambos ejes para aumentar la altura libre al suelo, algo que, según Mercedes, es positivo para circular sobre nieve.

La disposición de la tracción total es la más frecuente entre coches que inicialmente son de tracción trasera con motor delantero (siempre longitudinal). Junto al cambio automático hay una caja de transferencia de la que sale un semieje que transmite fuerza al diferencial delantero. Este semieje y el diferencial están a un lado del motor.

A diferencia de otros modelos con tracción total, las variantes «4Matic» del Clase S no tienen diferenciales autoblocantes o bloqueables. En lugar de los tres bloqueos convencionales (que condicionan la capacidad direccional y maniobrabilidad) lleva una evolución del control de tracción que puede frenar individualmente cada rueda. En caso de que alguna rueda tenga un deslizamiento excesivo en aceleración, dicho control de tracción (que Mercedes-Benz llama 4ETS) la frena. De esa manera, aumenta la fuerza que pueden hacer las ruedas que tienen más agarre.

Si las dos ruedas de un lado están metidas en una cuneta resbaladiza (por ejemplo), el 4ETS las frena para que las del lado contrario puedan impulsar al coche. Si son las dos ruedas de un mismo eje las que patinan (por ejemplo, las delanteras si el coche está en una fuerte rampa con suelo resbaladizo), las frena para que las traseras puedan hacer más par (si ese par es suficiente, el coche comenzaría a ascender). En este sentido, el sistema 4ETS puede reemplazar a diferenciales autoblocantes delantero, trasero o central.

El funcionamiento de este sistema varía según la velocidad. Cuando el coche va despacio, está programado para dar la mayor tracción posible. Cuando va rápido, la estabilidad es prioritaria sobre la motricidad. Hay tres modos de funcionamiento:

A velocidad baja, el sistema puede frenar cualquiera de las cuatro ruedas independientemente, o bien varias de ellas.

A velocidad media, el freno se aplica simultáneamente sobre las dos ruedas del eje que pierde tracción. De esta manera, se evita que se produzca guiñada por causa de que las ruedas de un lado impulsan al coche más que las del otro.

A velocidad alta, sólo se aplica freno simultáneamente sobre las dos ruedas traseras, aunque sólo una de ellas pierde tracción. No se frena ninguna de las ruedas delanteras, aunque alguna de ellas pierda tracción.

El funcionamiento del 4ETS está subordinado al control de estabilidad, que puede limitar la fuerza del motor para evitar una pérdida de la trayectoria en aceleración (si el deslizamiento de las ruedas no es en tracción, el 4ETS no actúa). Siempre que haya una intervención del 4ETS, un testigo en el salpicadero lo indica.

Con dicho sistema de tracción a las cuatro ruedas, los Mercedes-Benz Clase S «4Matic» tienen un reparto de par del 40 por ciento en el eje delantero y el 60 por ciento en el trasero.