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S54B32採用終極的高轉速以及氣門科技，能以僅3246cc的排氣量，擠壓出高達343hp的輸出。
依循車系傳統，S54B32也使用了六喉直噴與雙凸輪軸設定，並在進、排氣門部分，都導入了VANOS可變氣門正時系統，以對應全速域需求；缸徑與衝程部分，則分別成長到了87與91mm，而有著上看到3246cc的排氣量，而這也幾乎是近代直六引擎的容量上限。
芥末黃的E46 M3，在2000年初期是相當經典的道路景像。
由於大受歡迎，因此本車也衍生出了敞篷版本。
除了肺活量提升，S54B32的壓縮比，也從S50B32時代的11.3：1提升到11.5：1，並將紅線區拉高到8000rpm，並得以釋放出343hp/7900rpm、37.24kgm/4900rpm的動力，高轉速取向相當明顯，搭配六速手排或SMG系統，都可以在5.1秒內完成0~100km/h加速(敞篷車型5.6秒)，至於極速則以電腦控制在250km/h；然而依照各改裝店家估算與實際測試，這套動力系統在經過解除點火限制後，就能夠有直上305~310km/h的實力。
2003年發表，隔年上市的CSL車型，除了動力更強、重量更輕，在空氣力學、輪圈與車體材質部分，也都有專屬特製配件。
令北美車迷感到驚喜的是，E46 M3的美規版本雖然仍與歐洲車型有所差異，不過這次特別使用了正統的M Power引擎，因此實力也相當強悍；依照當地法規，S54B32在更改了觸媒位置，並針對進排氣系統進行微調之後，仍有著333hp/7900rpm、36.22kgm/4900rpm的輸出，與以往相較顯得更具原味。
在Z3車系上使用的S54B32引擎，由於屬性因素，因而將輸出下修到325hp/7400rpm、36.02kgm/4900rpm。
CSL利用進排氣強化與監理系統的重設，將輸出提升到360hp/7900rpm、37.76kgm/4900rpm。
由於不同車種的進化時間差，因此造成E46 M3在前期的時候，與概念屬於前一個世代的Z3 M Coupe、Z3 M Roadster在市場上有些許的重疊時間；在先前，Z3的M Power相關車種其實都已經曾經搭載過E36 M3所使用的S50B32(321hp)引擎，然而隨著新系統的導入，它們也改用了S54B32心臟。
不過由於在當代，BMW車款的長幼倫理極為重要，因此Z3 M Coupe、Z3 M Roadster為了避開打到師兄的危險，特別對引擎做了限轉，將紅線區下修到7600rpm，而總合輸出也因而降到325hp/7400rpm、36.02kgm/4900rpm(美規車型315hp/7400rpm、34.69kgm/4900rpm)。
雖說官方政策與帳面數據是如此，不過由於Z3車系擁有車重與尺碼的先天優勢，因此即便在受限的設定下，仍有十分傑出的性能表現，即便在今日的中古成交價，仍有不錯的水準。
與前代車型相較，E46 M3的排氣系統，顯得更加短捷而且流暢。
著名的六喉直噴系統，當然也是本具引擎極為重要的配備。
在2004年時，BMW則釋出了限量1400部的M3 CSL(Coupe Sport Leichtbau，雙門運動輕量版)，本車使用了大量的碳纖維與鋁合金材質，成功將車重由一般雙門M3的1495~1550kg降到1384kg，搭配許多特製的元件，因而有著極佳的操控表現。而它所使用的S54B32引擎，也在引擎監理、進排氣系統部分都進行了更強化的改變，因而一舉將動力提升到360hp/7900rpm、37.76kgm/4900rpm的終極水準。
為了因應更加嚴苛的工作環境，包含機油槽與相關的幫浦，也都是經過強化的特殊部品。
隨著性能的躍升，歷代M3的引擎監理系統，也都有相當程度的進化。
隨著BMW的全線渦輪化，像S54B32這類本質瘋狂的強烈作品，也將成為絕無僅有的歷史級珍品。
專屬的強化機件，是S54B32得以名震江湖的最重要籌碼。
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