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Bei der Entwicklung der neuen Baureihe stehen neben der Erhöhung des Fahrkomforts und der Sicherheit Maßnahmen zur Verringerung des Energieverbrauchs im Vordergrund. Die Verwendung von gewichtsreduzierenden Materialien und der geringe Luftwiderstand der im Windkanal optimierten Karosserie (cW=0,37, im Vergleich zu cW=0,41 bei der Baureihe W 116) verhelfen der neuen S-Klasse zu einem gegenüber den Vorgängermodellen um 10 Prozent reduzierten Kraftstoffverbrauch. Die beiden Achtzylindermotoren der Vorgängerbaureihe werden durch zwei überarbeitete Aggregate mit vergrößertem Hubraum und Leichtmetall-Kurbelgehäuse ersetzt. Der 5,0-Liter-Motor, der das 4,5-Liter-Grauguss-Aggregat ablöst, ist bereits aus dem Typ 450 SLC 5.0 bekannt, während der 3,8-Liter-Leichtmetallmotor nach dem Vorbild des Fünfliters aus dem alt gedienten 3,5-Liter-V8 mit Graugussblock entsteht. Durch ihre höhere Leistung bei geringerem Gewicht ermöglichen die neuen V8-Motoren verbesserte Fahrleistungen bei sparsamerem Benzinverbrauch. Unverändert im Programm bleiben Vergaser- und Einspritzer-Version des 2,8-Liter-Sechszylinders.

Diesel für den Export
Für den Export in die USA wird auch von der Baureihe W 126 wieder eine Diesel-Ausführung produziert. Der Typ 300 SD Turbodiesel bietet wie sein Vorgängermodell einen aufgeladenen 3,0-Liter-Fünfzylinder, dessen Leistung allerdings um 10 PS (7,4 kW) auf 125 PS (92 kW) erhöht wird.
Die Konzeption des Fahrwerks entspricht im Wesentlichen den Vorgängermodellen. Auch die neuen S-Klasse Limousinen besitzen eine Schräglenker-Hinterachse sowie eine Doppelquerlenker-Vorderradaufhängung mit Lenkrollradius Null. Die 5,0-Liter-Typen haben wieder die Koppelachse.
Die Karosserie ist nach neuesten Erkenntnissen der Sicherheitsforschung konstruiert. Dank neuer Konstruktionsprinzipien übersteht die Fahrgastzelle nun auch einen versetzten Frontalaufprall – den so genannten „offset crash“ – bei einer Kollisionsgeschwindigkeit von 55 km/h unbeschadet. Die Limousinen der Baureihe W 126 sind die weltweit ersten Serienfahrzeuge, die das Kriterium des asymmetrischen Frontalaufpralls erfüllen.
Die charakteristischen Design-Elemente der neuen S-Klasse präsentieren sich gewissermaßen unter der Gürtellinie. Erstmals hat ein Mercedes-Benz Pkw keine Stoßstangen im klassischen Sinn, sondern stattdessen großzügig dimensionierte, kunstoffummantelte Stoßfänger, die in Bug- und Heckschürze nahtlos integriert sind. Eine optische Verbindung zwischen Bug- und Heckschürze bilden breite seitliche Schutzleisten aus Kunststoff, die zwischen den Radausschnitten auf Höhe der Stoßfänger angeordnet sind.

Ein Coupé kommt dazu
Im Herbst 1981, zwei Jahre nach ihrem Debüt, wird die Baureihe W 126 anlässlich der Frankfurter IAA um eine elegant gezeichnete Coupé-Ausführung ergänzt, die nur mit Achtzylindermotoren lieferbar ist. Im Rahmen des gleichzeitig präsentierten „Mercedes-Benz Energiekonzepts“ zur Verbrauchs- und Schadstoffreduzierung sind beide V8-Aggregate gründlich überarbeitet. Neben einer Erhöhung der Verdichtung stehen Nockenwellen mit geänderten Steuerzeiten, luftumspülte Einspritzventile und eine elektronische Leerlaufregelung auf der Liste der Verbesserungen. Durch die geänderte Nockenwellenabstimmung kann das Drehmomentmaximum in niedrigere Drehzahlbereiche verschoben und im Falle des 3,8-Liter-Motors sogar erhöht werden. Dieses Aggregat erfährt besonders tiefgreifende Änderungen: Um ein günstigeres Volumen-Oberflächenverhältnis zu erhalten, ist die Bohrung reduziert und der Hub erhöht. Der modifizierte 3,8-Liter-V8 weist damit einen geringfügig vergrößerten Hubraum auf. Bei beiden Achtzylindern müssen, gewissermaßen als Ausgleich für die deutlich verbesserte Wirtschaftlichkeit, geringe Leistungseinbußen in Kauf genommen werden. Die Hinterachsübersetzung wird in beiden Fällen der veränderten Motorcharakteristik angepasst und ist deutlich länger ausgelegt.