『CR-Z』のパワートレーンは、『フィットRS』用の1.5リットル直4「i-VTEC」に、ホンダ独自の「IMA」システムを組み合わせたハイブリッド。モーターは最大出力 13.6psを発生し、エンジンとモーターを合わせた最大出力は122ps/6000rpm、最大トルクは17.7kgm（6速 MT）17kgm（CVT）/1000 - 1500rpm。
ドライバーは、スポーツ、エコノミー、ノーマルの3モードが選択でき、スポーツモードではスロットルレスポンスや電動パワーステアリングが、リニアな特性となる。
トランスミッションは、6速MTが標準で、パドルシフト付きCVTがオプション。米国EPA（環境保護局）予想燃費は6速MTが市街地13.18km/リットル、高速15.73km/リットル、CVTが市街地15.3km/リットル、高速16.16km/リットルを実現した。
