Már bemutatkozáskor elárulta a Peugeot, hogy az 508-as modell elérhető lesz hibrid hajtással is. Eddig a kombihoz és az RXH utónévvel ellátott hasonló formájú szabadidő-autóhoz lehetett választani a technikát, mostantól azonban a szedánba is beszerelik.
Ahogy testvéreinél, az 508 Hybrid4-ben is 2,0 literes turbódízel motor pörgeti az első és 37 lóerős villanymotor a hátsó kerekeket. A 200 lóerős rendszerteljesítményt nyújtó hibrid négyféle üzem szerint működhet a középkonzolon található forgatókapcsoló állásának megfelelőn. Az „Auto”, a „4WD” és „Sport” beállítások mellett tisztán elektromos működés is választható.
A Peugeot közlése szerint az 508 Hybrid4 szedán a szabvány szerint csupán 3,6 litert fogyaszt száz kilométerre vetítve, széndioxid-kibocsátása pedig 95 g/km. A kocsi 9 másodperc alatt képes elérni a 100 km/órás tempót, végsebessége 209 km/óra.
Egyetlen hátránya van hagyományos társaival szemben, a kisebb csomagtartó. A villanymotorhoz kapcsolódó segédberendezések beszerelése nyomán az egyébként 515 literes csomagtartó 355 literesre szűkül.
