L'entraînement hybride est conçu pour un fonctionnement en mode exclusivement électrique jusqu'à 65 km/h avec une autonomie d'un peu plus de 2 kilomètres. La recharge se fait par régénération de l'énergie cinétique au freinage. De plus, en décélération, le moteur électrique est découplé de la chaîne cinématique et joue le rôle d'alternateur. À plus de 65 km/h, le quatre-cylindres thermique se charge seul de la propulsion. Le bloc électrique alimente alors la voiture et la batterie en électricité. Sauf en cas d'appui poussé sur l'accélérateur, où il donne un petit coup de boost pour doter la berline d'un maximum de puissance et de couple.

Par rapport à l'Audi A8 classique, ce modèle hybride dispose d'un compresseur de climatisation fonctionnant entièrement à l'électricité et d'une direction électromécanique. Les performances de l'Audi A8 Hybrid sont comparables à celle dotée d'un V6. Par exemple, la reprise de 60 à 120 km/h (en cinquième) ne prend que 7,5 s. Sa consommation moyenne est annoncée à 6,2 l/100 km, soit des émissions de CO2 de 144 g/km. Malgré ses 1.885 kg. En ville, le conducteur peut aussi activer le mode électrique via le bouton « E » et suivre les flux de courant via un compteur spécifique.