La Cayman S privilégie la puissance. Le flat-6 puise sa puissance de 295 ch (217 kW), ou 320 ch (235 kW) après le restylage de 2009, d’une cylindrée de 3,4 litres. Son couple maximal de 340 Nm (370 Nm après 2009) est disponible entre 4 400 et 6 000 tr/min. Le système VarioCam Plus optimise le couple dès les bas régimes et maximise la puissance à régimes élevés.
Malgré une augmentation de 50 kg du poids de la voiture, la version S passe la barre des 100 km/h avec 0,5 seconde de moins que la version de base.
La Cayman S reçoit de série une boîte de vitesses mécanique à six rapports, et en option une boîte Tiptronic S automatique à cinq rapports avec commandes au volant.