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Das Topmodell erhält den von General Motors neu entwickelten V6 mit 3,6 Litern Hubraum und Direkteinspritzung. Das komplett aus Leichtmetall entwickelte Triebwerk leistet 300 PS bei 6700 U/min und liefert ein maximales Drehmoment von 366 Newtonmetern bei 4000 U/min.

Der CTS ist erstmals sowohl mit Heckantrieb als auch erstmals mit Allradantrieb verfügbar. Bei der Kraftübertragung kommen ausschliesslich Sechsganggetriebe zum Einsatz. Das gilt für das manuelle Schaltgetriebe des japanischen Getriebespezialisten Aisin wie für die so genannte Hydra-Matic 6L50-Sechsgang-Automatik von General Motors. Für die Versionen des CTS, die mit dem neuen Allradantrieb ausgestattet sind, ist die Automatik mit einer Sperre kombiniert, die bei Schlupf automatisch Antriebskraft von der Hinter- auf die Vorderachse verteilt. Ein Sperrdifferential ist ebenfalls verfügbar.

Im Innenraum dominieren Holz und Leder, gepaart mit jeder Menge High-Tech. Entwickelt in Zusammenarbeit mit Spezialisten für iPod und andere Komponenten der Unterhaltungselektronik ist die Mittelkonsole für den CTS speziell auf den Gebrauch von MP3-Playern zugeschnitten. Über eine USB-Schnittstelle lassen sich iPods und andere digitale Musikdatenträger betreiben, diese ermöglicht zudem Listen der Musiktitel auf dem Tochscreen-Monitor abzubilden und erlaubt die Steuerung über Tasten am Lenkrad.

Die serienmässigen HID-Frontscheinwerfer (high-intensity discharged) verfügen über eine elektronische Steuerung der Frontscheinwerfer, um die Fernsicht bei Dunkelheit zu verbessern. Die Software des Systems nutzt Algorithmen, die es aus den Angaben der Sensoren über Geschwindigkeit und Lenkwinkel berechnet, um die Weite und den Winkel der Scheinwerfer zu steuern. Das System erlaubt es, jeden Scheinwerfer um maximal 15 Grad nach innen und fünf Grad nach aussen zu lenken. Extras wie ein intelligentes Keyless-Go-System, High-End-Hifi-Anlage, ein DVD gestütztes Navigationssystem oder Einparkhilfe mit Infrarotsensoren, beheizbare und belüftete Vordersitze oder elektrische Lenksäulenverstellung sind erhältlich.
Der Escalade und der SRX werden in Genf ebenfalls in einer überarbeiteten Version vorgestellt.