Di balik kap mesinnya, Veloz Hybrid mengandalkan mesin bensin 1.500 cc berkode 2NR-VEX yang telah disesuaikan untuk bekerja berdampingan dengan motor listrik. Mesin ini kemudian dipadukan dengan teknologi Toyota Hybrid System berbasis series-parallel, yaitu sistem yang memungkinkan mesin bensin dan motor listrik bekerja mandiri maupun bersama-sama sesuai kondisi berkendara.
Dalam penggunaan sehari-hari, motor listrik dapat mengambil alih penggerak mobil saat kecepatan rendah demi efisiensi, sementara mesin bensin bekerja lebih dominan saat akselerasi tinggi atau butuh tenaga ekstra. Kombinasi ini membuat perpindahan tenaga terasa halus dan cukup responsif.
Jika dihitung secara keseluruhan, sistem hybrid ini mampu menghasilkan tenaga puncak 111 PS pada 5.500 rpm. Torsi mesin disalurkan sebesar 121 Nm, sedangkan motor listrik memberikan tambahan dorongan hingga 141 Nm, sehingga respons ketika mobil diajak melaju terasa lebih ringan.
Untuk mendukung kebutuhan operasional, mobil ini dibekali tangki bahan bakar 43 liter. Sumber tenaga listriknya berasal dari baterai lithium-ion, yang dikenal lebih kompak, ringan, dan tahan terhadap siklus pemakaian jangka panjang.
