Третият хибриден модел на новата S-класа, S 500 PLUG-IN HYBRID, открива нови мащаби по отношение на ефективност, комфорт на задвижването и на климатичната система. С 69 г CO2 на километър (3 л/100 км) S-класата предлага разход при луксозните лимузини, който само преди няколко години не се считаше за възможен. Мощната електрическа задвижваща система от 80 кВт с външно зареждаща се батерия дава възможност за движение без изхвърляне на вредни емисии в разстояние на около 30 км. Тя е комбинирана с нов 3,0-литров V6 турбодвигател. Mercedes-Benz представя новия S 500 PLUG-IN HYBRID на IAA във Франкфурт, а въвеждането на пазара е през следващата година.

През 2009 г. S 400 HYBRID представи първото серийно хибридно задвижване с литиевойонна батерия в международен план. С новата S-класа Mercedes-Benz увеличава предлагането на хибриди от този конструктивен тип с три модела: S 400 HYBRID, S 300 BlueTEC HYBRID и S 500 PLUG-IN HYBRID. Общото за хибридните задвижвания от втора генерация е безшевната интеграция в силовото предаване.

Двигателят с вътрешно горене е напълно отделен от E-двигателя. Новата S-класа 500 PLUG-IN HYBRID вещае мощност от близо 330 к.с. с 480 Нм въртящ момент на двигателя с вътрешно горене и 109 к.с. с 340 Нм от електродвигателя. Максималната скорост е 250 км/ч., а ускорението 0-100 км/ч за 5,5 сек.

Докато батериите на S 400 HYBRID и S 300 BlueTEC HYBRID се зареждат като независими хибриди в процеса на задействане на спирачките, при режим на принудителен празен ход или от двигателя с вътрешно горене, новият високоволтов литиевойонен акумулатор с десетократно по-голямо енергийно съдържание на S 500 PLUG-IN HYBRID разполага с възможността за външно зареждане чрез букса за зареждане отдясно на задната броня. С помощта на синхронна електрическа машина (80 kW/340 Нм) S-класата може да измине до около 30 км с чисто електрически заряд.

С едно натискане на бутона може да бъдат избирани четири различни хибридни режима: HYBRID, E-MODUS - движение с чисто електрически заряд, E-SAVE - запазва се напълно заредената акумулаторна батерия, за да се осъществи движение с чисто електрически заряд по-късно, CHARGE - акумулаторната батерия се зарежда в режим на движение.