W modelach Q5 Sportback 50 TFSI e i Q5 Sportback 55 TFSI e zastosowano układ napędowy o takiej samej konstrukcji. Składa się on z silnika benzynowego sprzężonego z silnikiem elektrycznym. Stale wzbudzony silnik synchroniczny wraz ze sprzęgłem jest zintegrowany z siedmiobiegową automatyczną skrzynią biegów S tronic, która przekazuje moment do układu napędowego quattro z techniką ultra. Ponieważ obie wersje silnikowe różnią się pod względem strategii doładowania, mają różną moc systemową i różny moment obrotowy. Q5 Sportback 50 TFSI e quattro z mocą 299 KM i momentem obrotowym rzędu 450 Nm przyspiesza od 0 do 100 km/h w 6,1 sekundy. Q5 Sportback 55 TFSI e quattro standardowe 100 km/h osiąga w 5,3 sekundy, ma moc 367 KM i moment obrotowy 500 Nm. Ograniczona elektronicznie prędkość maksymalna 239 km/h oraz zużycie paliwa i energii elektrycznej są identyczne w obu wersjach mocy. Przy zasilaniu wyłącznie elektrycznym obie hybrydy typu plug-in mogą przejechać do 61 km (WLTP) z prędkością do 135 km/h.

Cichy i bezemisyjny w mieście, z dużym zasięgiem na długich trasach lub sportowy i dynamiczny dzięki połączeniu mocy silnika TFSI i silnika elektrycznego: tryby jazdy dla hybryd typu plug-in linii modelowej Q5 są wszechstronne i inteligentne. Koncepcja ich działania została opracowana w taki sposób, by kierowca mógł pokonywać większość codziennych tras na napędzie wyłącznie elektrycznym. Osoba prowadząca samochód może decydować, czy i w jaki sposób chce ingerować we współpracę obu silników – do wyboru ma cztery tryby pracy. Tryb hybrydowy jest aktywowany automatycznie już w momencie rozpoczęcia jazdy z włączoną nawigacją, ale można go również wybrać ręcznie, za pomocą przycisku. Ładowanie akumulatora jest optymalnie rozłożone na całą trasę, co pozwala ograniczyć zużycie energii do minimum. Gdy kierowca Q5 Sportback TFSI e quattro zdejmuje nogę z pedału gazu, system zarządzania napędem, w zależności od sytuacji, wybiera między tzw. żeglowaniem z wyłączonym silnikiem a rekuperacją, czyli odzyskiwaniem energii kinetycznej i przekształcaniem jej w energię elektryczną. Oprócz hybrydowego trybu pracy kierowca może wybrać jeden z trzech innych trybów. W trybie EV samochód jest napędzany wyłącznie energią elektryczną, dopóki kierowca nie naciśnie pedału gazu do oporu. W trybie Hold pojemność akumulatora jest utrzymywana na aktualnym poziomie. W trybie ładowania (Charge) system zarządzania napędem zwiększa ilość energii w akumulatorze przy pomocy silnika spalinowego. Podobnie jak podczas rekuperacji, silnik elektryczny pracuje wtedy jako generator i ładuje akumulator napędowy.

Wszystkie samochody hybrydowe typu plug-in w rodzinie Q5 są standardowo wyposażone w kompaktowy, garażowy system ładowania. Przy przemysłowym przyłączu elektrycznym o napięciu 400 V i natężeniu 16 amperów pełne ładowanie trwa około 2,5 godziny. W przypadku domowego gniazdka elektrycznego o napięciu 230 V ładowanie trwa około 8 godzin i 15 minut. W podróży kierowca może również ładować akumulator na ogólnodostępnych stacjach ładowania. Usługa Audi e-tron Charging Service umożliwia wygodne ładowanie w drodze, zapewniając dostęp do ponad 200 000 punktów ładowania w 26 krajach europejskich.

Aplikacja myAudi oferuje kierowcom korzystanie z usług Audi connect na smartfonach, co jest szczególnie przydatne w przypadku modeli hybrydowych typu plug-in. Za pomocą aplikacji można sprawdzić stan akumulatora i zasięg, rozpocząć proces ładowania, zaprogramować czas ładowania, a także przeglądać statystyki ładowania i zużycia paliwa. Ponadto zarówno w aplikacji, jak i w nawigacji MMI w samochodzie w planerach tras wyświetlane są stacje ładowania.