A mediados de 2009, Mercedes-Benz tiene previsto comercializar en Europa una versión del Clase S propulsada por un sistema híbrido compuesto de un motor de gasolina y otro eléctrico. Funcionalmente, la parte híbrida es similar a la del prototipo Vision S 350 Direct Hybrid que mostró en 2005.

En conjunto, ambos motores pueden suministrar una potencia máxima de 299 CV y 375 Nm. De este modo, el S 400 Hybrid necesita 7,3 s para pasar de 0 a 100 km/h; el consumo medio es 7,9 l/100 km, lo que supone una emisión de 190 gr de CO2 por kilómetro recorrido.

De los Clase S que hay actualmente a la venta con motor de gasolina, el de menor consumo es el S 350 (10,1 l/100 km, 242 g/km de CO2). De los que tienen un motor Diesel, el S 320 CDI es con 8,3 l/100 km el de menor consumo (220 g/km de CO2). Un Lexus LS 600h, también híbrido, mucho más potente (445 CV) y ya a la venta, gasta 9,3 l/100 km (219 g/km de CO2).

A diferencia del Lexus, Mercedes-Benz utiliza el motor eléctrico como apoyo; es decir, no sirve para mover el coche por sí sólo. Las funciones del motor eléctrico en el Mercedes-Benz son: hacer de motor de arranque; aumentar la aceleración que pude dar el motor térmico por sí solo; y funcionar como generador eléctrico cuando el coche pierde velocidad (en retención o frenada) para recuperar parte de la energía gastada en acelerar el coche.

La energía recuperada se almacena en una batería de iones de litio que está ubicada en el vano motor y no en la zona trasera del coche, que es donde la tienen otros híbridos que están a la venta en el momento de escribir esta información. Esta energía sirve posteriormente para alimentar al motor eléctrico.

Tiene una función de parada y arranque automáticos; el motor de gasolina se para cuando el coche está detenido. Al soltar el pie del freno, el motor eléctrico tarda 0,3 s en arrancarlo. El motor de gasolina da 279 CV; el eléctrico 15 kW (20 CV) y 160 Nm de par máximo.

Mercedes-Benz también ha mostrado otras variantes híbridas del Clase S previstas para una fecha más lejana: el S 300 Bluetec Hybrid para 2010 y el S 400 Bluetec Hybrid para una fecha posterior no determinada. Ambos combinan un motor eléctrico con uno Diesel y necesitan un aditivo líquido (AdBlue) para cumplir futuras normas de emisiones.

En el S 300 Bluetec Hybrid la potencia máxima conjunta es 224 CV y el par máximo 560 Nm. El consumo medio de esta versión es 5,4 l/100 km (142 g/km de CO2), un valor muy bajo para un coche de su tamaño. Mercedes-Benz utiliza en este caso un motor Diesel de cuatro cilindros y 2,2 l de cilindrada.

El S400 tiene un motor Diesel V6 de 245 CV (180 kW), junto con elmotor eléctrico, el sistema llega a 265 CV (195 kW). El consumo medio homologado es 5,8 100/km (154 g/km de CO2).