渦輪增壓發動機是依靠渦輪增壓器來加大發動機進氣量的一種發動機，渦輪增壓器(Turbo)實際上就是一個空氣壓縮機。它是利用發動機排出的廢氣作為動力來推動渦輪室內的渦輪(位于排氣道內)，渦輪又帶動同軸的葉輪（位于進氣道內），葉輪就壓縮由空氣濾清器管道送來的新鮮空氣，再送入氣缸。當發動機轉速加快，廢氣排出速度與渦輪轉速也同步加快，空氣壓縮程度就得以加大，發動機的進氣量就相應地得到增加，就可以增加發動機的輸出功率了。
渦輪增壓發動機的最大優點是它可在不增加發動機排量的基礎上，大幅度提高發動機的功率和扭矩。一臺發動機裝上渦輪增壓器后，其輸出的最大功率與未裝增壓器相比，可增加大約40%甚至更多。
雙渦輪增壓
雙渦輪增壓一般稱為Twin turbo或Biturbo,雙渦輪增壓是渦輪增壓的方式之一。針對廢氣渦輪增壓的渦輪遲滯現象，串聯一大一小兩只渦輪或并聯兩只同樣的渦輪，在發動機低轉速的時候，較少的排氣即可驅動渦輪高速旋轉以產生足夠的進氣壓力，減小渦輪遲滯效應。
在雙渦輪增壓的汽車上會看到2組渦輪通過串聯或者并聯的方式連接。并聯指每組渦輪負責引擎半數汽缸的工作，每組渦輪都是同規格的,它的優點就是增壓反應快并減低管道的復雜程度。
串聯渦輪通常是一大一小兩組渦輪串聯搭配而成，低轉時推動反應較快的小渦輪，使低轉扭力豐厚，高轉時大渦輪介入，提供充足的進氣量，功率輸出得以提高。
單渦輪雙渦管
單渦輪雙渦管可以說是寶馬的獨有技術，單渦輪雙渦管就是將一個渦輪增壓器的氣流在經過渦管時分為兩股氣流,每股氣流負責3個缸.同時于雙渦輪相比,單渦輪的設計也減低了排氣脈沖相互干擾的情況。單渦輪雙渦管發動機逐漸在寶馬各個車系開始普及。
與N54B30的3.0雙渦輪發動機相比，它只采用了一顆經過TwinPower優化的單渦輪增壓器，TwinPower簡單的說雙進氣道，單渦輪雙渦管就是由雙渦輪的每三個汽缸驅動一個渦輪進化成了每三個汽缸各自通過一個渦輪進氣管路共同驅動一個渦輪，從而減輕發動機自重和降低油耗。