動力系統方面，NX 300h 採用橫置四缸2AR-FXE 2.5升Atkinson循環多點燃油噴射引擎，壓縮比高達12.5，加上全新設計的凸輪軸滾子式搖臂，更精確的進氣時程修正搭配三向催化VVT-i 可變汽門正時控制系統，以及優化過的燃燒室、汽缸平衡軸，讓引擎輸出達最大馬力155 PS/5,700rpm; 最大扭力21.4kg-m/4,200~4,400rpm，搭配Hybrid油電複合動力系統，綜效馬力更直達197 PS，讓全新NX 300h不但擁有傲人動力，也展現了令人驚艷的高燃油經濟性，車輛平均油耗可達17.1 km/L*，F SPORT車型平均油耗也高達15.1km/L*。
NX 300h搭載智能多重駕馭模式，讓車主隨心所欲享受駕馭樂趣。在EV模式時，車輛完全以電力前進，將噪音與碳排放量降到最低，達到靜肅無污染的節能駕馭。在NORMAL模式時，車輛將自動在節能與性能間取得最佳平衡，適用於城市中多重道路狀況。當切換為ECO節能模式，動力輸出及空調設定即調整為最佳節能狀態；且無論是在NORMAL或是ECO駕駛模式，儀表板內氛圍照明以舒適的藍色為基調。
若想體驗隨心所欲的奔馳快感，只需輕轉旋鈕至SPORT S模式，不僅油門加速反應更靈敏，變速箱也會提供更為運動化的換檔感受。若想更深刻享受征服路面的暢快，可再進一步切換至SPORT S+模式(AWD F SPORT版 / F SPORT版/旗艦版專屬)，AVS可變阻尼避震系統及方向盤反應，都將自動調整至更具侵略性的狀態，儀表板內氛圍照明也同時轉換為充滿動感的紅色。
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