Une telle voiture appelait un moteur hors série. Il était donc naturel que, suite aux multiples contacts entre Citroën et Maserati depuis le milieu des années 60, l'idée vint de faire appel à la compétence de l'illustre firme de Modène, spécialisée dans la réalisation des moteurs à hautes performances.
Ce moteur Maserati V6, étudié spécialement pour la Citroën SM, est l'héritier d'une science prestigieuse acquise sur tous les circuits du monde où Maserati ne compte plus ses victoires. C'est un six cylindres en V, de 2670 cm3, super carré (87mm x 75mm) à chambres hémisphèriques, tout aluminium, compact, à 4 arbres à cames en tête et 3 carburateurs Weber double corps. Il développe une puissance effective de 180 Ch SAE à 6250 tr/mn et une puissance fiscale en France de 15 Cv avec un couple moteur de 23,8 mkg SAE à 4000 tr/mn.
La forme d'ouverture en V à 90° à été choisie pour gagner en encombrement. Il est en effet remarquablement court : 56cm hors tout avec une distribution intégrée au centre des culasses. En outre, le V à 90° procure un meilleur rapport course-alésage et un vilebrequin très compact. Ce moteur est aussi très léger : 140kg et d'une grande robustesse avec quatre paliers de 76,2 mm de diamètre. Le montage de la ligne d'arbres met en oeuvre une solution qui n'existe que sur les plus beaux moteurs de compétition c'est à dire directement entre le carter inférieur et supérieur ce qui est onéreux, mais garantit une grande rigidité.
L'examen du moteur Maserati V6 de la Citroën SM met en évidence l'ingéniosité de sa conception et le luxe de sa réalisation, jusque dans les détails. L'ensemble moteur est en alliage léger avec des vis de fixation des culasses fixées dans des inserts en acier. Les culasses droite et gauche sont identiques. La forme du haut des chambres de combustion est très élaborée. Ce sont des chambres de combustion à turbulence orientée avec une chambre et un piston à déflecteur circulaire dont la forme particulière accroit la turbulence. La commande des accessoires, alternateur, pompe hydraulique et compresseur dans le cas d'un véhicule à conditionnement d'air est prise directement sur l'arbre intermédiaire.