Como es habitual en las versiones GTS, el motor juega un papel esencial, y los nuevos Cayenne, en lugar de utilizar el propulsor V6 biturbo de 3.6 litros de su predecesor, vuelven a contar con un V8 bajó el capó. Este motor biturbo de cuatro litros consigue 460 caballos (338 kW) de potencia y un par de 620 Nm, que mejoran claramente las prestaciones. Con el pack Sport Chrono, los dos Cayenne GTS aceleran de 0 a 100 km/h en 4,5 segundos y alcanzan una velocidad máxima de 270 km/h. Completan las características distintivas de estos modelos un chasis más bajo para obtener un rendimiento óptimo, un diseño único y un equipamiento superior al resto de la gama.

Con el evolucionado motor Porsche V8 biturbo de 4.0 litros, los nuevos Cayenne GTS y Cayenne GTS Coupé consiguen ahora 20 caballos (14 kW) y 20 Nm más que su antecesor, lo que se traduce en un incremento de prestaciones. Así, son 0,6 segundos más rápidos que antes en la aceleración de 0 a 100 km/h con el pack Sport Chrono. La velocidad máxima también ha aumentado en 8 km/h. Al mismo tiempo, se ha prestado especial atención a la eficiencia. Entre otras cosas, esto se ha conseguido con el ajuste óptimo de la transmisión automática Tiptronic S de ocho marchas, el control adaptativo de cilindros, la inyección directa de gasolina con el inyector en posición central y un diseño inteligente del sistema de gestión térmica. Por eso, los Cayenne más deportivos tienen un consumo combinado de combustible de entre 11,2 y 11,4 l/100 km, según el ciclo NEDC.

Para conseguir el impresionante rendimiento del coche, el sistema de escape deportivo se ha configurado de una forma especial y proporciona una experiencia sonora verdaderamente apasionante. El sistema que se monta de serie lleva las salidas de escape en los extremos de la parte trasera del vehículo, un diseño que produce un sonido rotundo, deportivo y con un carácter único. El sistema de escape deportivo con ajustes específicos para las frecuencias altas es de nuevo desarrollo y tiene las salidas ovaladas en la zona central posterior. Este último sistema se ofrece exclusivamente en el Cayenne GTS Coupé y, en un futuro, también en el Cayenne Turbo Coupé, en ambos casos en combinación con el pack Deportivo Ligero.