Via l'Optimal Drive, le constructeur entend rendre la combustion plus efficace et réduire les frictions tout en diminuant le poids du groupe motopropulseur. En essence, le 2 litres Valvematic, livré avec une nouvelle boîte manuelle 6 rapports ou avec la toute nouvelle transmission à variation en continue Multidrive S, affiche une puissance est de 158 ch (116 kW), soit 5 % de plus que son prédécesseur. Son couple est de 198 Nm à 4000 tours par minute et, en version 4x4 Multidrive S, il émet 177 g de CO2 par km. Dans sa configuration traction, le RAV4 affiche alors des émissions de CO2 de 174 g/km avec la nouvelle boîte manuelle à 6 rapports.

En Diesel, le 2,2 litres D4-D a été amélioré en bénéficiant du programme Toyota Optimal Drive. Désormais Euro V, il a été repensé pour avoir davantage de couple disponible à bas régime. Ce moteur D4-D est équipé de nouveaux injecteurs piézo. Sa puissance et son couple gagnent ainsi 10 % pour atteindre 150 ch (110 kW) et 340 Nm (entre 2000 et 2800 tr/min). Ses niveaux d'émission de CO2 sont de 159 g/km (2,2 litres D-4D). En plus de la boîte manuelle, une nouvelle boîte de vitesses automatique à 6 rapports est disponible dans le catalogue du 2,2 litres D4-D 150.