El XC90 tiene tracción total conectable. Mientras la adherencia sea suficiente, la potencia se transmite a través de las ruedas delanteras. Si éstas tienen un deslizamiento, entonces la potencia se distribuye entre las cuatro ruedas mediante un embrague Haldex, que también lo tiene el Volvo S60 AWD. Si, por ejemplo, el coche está en una rampa resbaladiza y las ruedas delanteras apenas pueden hacer fuerza, la traseras pueden impulsar al coche. Normalmente, entre el 5 y el 65 % de la potencia es entregada a las ruedas traseras, aunque en condiciones extremas puede recibir el 100 %.

Cuando una de las dos ruedas de un mismo eje pierde agarre, el control de tracción (TRACS) la frena para que la que sí tiene agarre pueda impulsar al coche. Estos sistemas electrónicos son cada vez más usados en lugar de autoblocantes mecánicos. Su altura libre sobre el suelo es 218 mm, que es lo habitual en un todo terreno y le permite moverse bien por caminos agrestes. El principal límite para este tipo de usos es la longitud de los voladizos.

La gama XC90 se ofrece con dos motores de gasolina y uno Diesel. Estos motores ya se usan en algunas berlinas de Volvo, pero han sido ligeramente modificados para dar más potencia y par desde un régimen más bajo. Así, el gasolina más potente (XC90 T6) de seis cilindros en línea conserva la potencia máxima (272 CV), pero la cilindrada sube de 2.783 a 2.922 centímetro cúbicos y tiene distribución variable continua (CVVT) para las válvulas de admisión y escape. El máximo par motor es 380 Nm desde 1.800 rpm (en lugar de 2.100 rpm que da en el Volvo S80 T6). Este motor sólo se ofrece con un cambio automático «Geartronic» de cuatro velocidades con mando secuencial.

El otro motor de gasolina tiene cinco cilindros en línea, una cilindrada de 2,5 litros, desarrolla 209 CV a 5.000 rpm y 320 Nm de par entre 1.500 rpm y 4.500 rpm. En las berlinas que lo usan (S60 y S80), este motor tiene 2,4 litros de cilindrada y desarrolla 200 CV a 6.000 rpm y 285 Nm de par máximo entre 1.800 y 5.000 rpm. Para el motor del XC90 2.5T se ha alargado la carrera de los pistones y también se ha utilizado un turbocompresor algo más pequeño para obtener una entrega de potencia más rápida y reducir el turbo-lag.

El motor Diesel no tiene ninguna modificación con relación al S60 o al S80. También es de cinco cilindros en línea y lleva conducto común, cuatro válvulas por cilindro y un turbocompresor de geometría variable. Desarrolla 163 CV de potencia máxima y 340 Nm de par a 1.750 rpm. Este motor se caracteriza porque es muy suave en su funcionamiento (más información).

Tanto el XC90 2.5T como el D5 tienen un cambio manual de cinco velocidades, pero opcionalmente pueden llevar un caja automática «Geartronic» de cinco marchas con mando secuencial. Al igual que otros cambios automáticos, el «Geartronic» tiene en todas las versiones (también en el T6 de cuatro marchas) un modo de funcionamiento «W» (winter) que se conecta pulsando un botón junto a la palanca de cambios y que pone en marcha el coche de una manera más suave para evitar pérdidas de tracción cuando la adherencia del firme es reducida.