Dem Baukastenkonzept entsprechend, ist der Antriebsstrang beider Mercedes-Hybride ähnlich aufgebaut. Ein systemspezifisches Merkmal ist die zusätzliche Kupplung, die zwischen Verbrennungs- und Elektromotor integriert ist. Sie entkoppelt die beiden Aggregate bei rein elektrischer Fahrt voneinander, sodass im Elektromodus für höchste Effizienz gesorgt ist.Einen weiteren wesentlichen Unterschied zu herkömmlichen Hybriden macht die Plug-in-Batterie aus, die an Ladestationen aufgeladen werden kann. Somit kann die Vision S 500 Plug-in Hybird bis zu 30 Kilometer weit rein elektrisch fahren. Der Schnelllademodus mit einer Ladeleistung von 20 kW dauert weniger als 60 Minuten. Eine Standardladung an einer handelsüblichen Steckdose mit 3,3 kW dauert bei komplett entladener Batterie rund viereinhalb Stunden.
Das kompakte On-board-Ladegerät hinter der seitlichen Kofferraumwand regelt den Ladevorgang und ist gegen Kurzschluss, Verpolung sowie Überspannung geschützt. Zugleich überwacht das Ladesystem zum Schutz der Batterie die Spannung, Ladungsmenge und Ladezeit. Das Gesamtgewicht der elektrischen Komponenten beträgt beim aktuellen Versuchsfahrzeug 215 Kilogramm. Die Lithium-Ionen-Batterie wiegt rund 130 Kilogramm, erheblich weniger als eine herkömmliche NiMH-Batterie mit gleicher Kapazität, die etwa 180 bis 200 kg wiegen würde.
Die Lithium-Ionen-Batterie dient nicht nur als Energiespeicher für den Elektromotor, sondern ist über einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler auch mit dem 12-Volt-Bordnetz verbunden, das Standardverbraucher wie die Scheinwerfer und die Komfortfunktionen versorgt. Um einen konstant hohen elektrischen Wirkungsgrad zu gewährleisten, werden die Spannungswandler über einen zusätzlichen Niedertemperatur-Kreislauf wassergekühlt. Für den Betrieb des 3-Phasen-Drehstrom-Elektromotors im Hochvolt-Gleichspannungsnetz ist eine spezielle Leistungselektronik erforderlich. Der Wechselrichter findet seinen Platz im Motorraum. Da sich die Leistungselektronik durch die entstehenden elektrischen Ströme erwärmt, ist das System ebenfalls in den Niedertemperatur-Kühlkreislauf integriert. Auch bei der Leistungselektronik setzt Mercedes-Benz auf eine Standardisierung der Komponenten, die sich effizient und baureihenübergreifend mit verschiedenen Elektromotoren und Batterietypen kombinieren lassen.