Двигатель ЗИМ — карбюраторный, четырехтактный, шестицилиндровый — представляет собой модернизацию двигателя ГАЗ-51.

Увеличение мощности двигателя ЗИМ, по сравнению с двигателем ГАЗ-51, на 20 л. с. достигнуто благодаря следующим мероприятиям:

• снят ограничитель оборотов
• увеличена степень сжатия с 6,2 до 6,7
• применен новый сдвоенный(с двумя смесительными камерами) карбюратор, в котором каждая смесительная камера работает на три цилиндра, благодаря чему улучшается наполнение цилиндров горючей смесью
• увеличены сечения впускных каналов блока цилиндров
• применен новый впускной трубопровод, обеспечивающий лучшее распределение горючей смеси по цилиндрам
• изменена конструкция выпускного трубопровода в целях обеспечения лучшей очистки цилиндров от отработавших газов

Двигатель ЗИМ является одним из лучших автомобильных двигателей того времени. В конструкции его учтены последние технические достижения в области двигателестроения того времени.

К числу конструктивных особенностей двигателя относятся:

• установка в верхней части цилиндров гильз из кислотоупорного чугуна, значительно уменьшающих износ цилиндров
• хромирование верхних компрессионных поршневых колец, значительно повышающее долговечность как колец, так и цилиндров
• установка в системе охлаждения термостата, предотвращающего переохлаждение двигателя и обеспечивающего быстрый прогрев его при пуске
• наличие в системе смазки двух фильтров, обеспечивающих высокую степень очистки масла, благодаря чему улучшается смазка трущихся деталей и повышается срок их службы
• установка масляного радиатора, улучшающего охлаждение масла при движении по тяжелым дорогам, а также в летнее время при высоких температурах
• применение вентиляции картера двигателя, способствующей увеличению срока службы масла и уменьшению износа трущихся деталей двигателя
• применение плавающего маслоприемника масляного насоса, обеспечивающего поступление из картера в насос наиболее чистого масла
• установка сдвоенного карбюратора, обеспечивающего хорошее наполнение цилиндров горючей смесью на разных режимах работы двигателя
• наличие во впускном трубопроводе конусных насадков, обеспечивающих хорошую приемистость и устойчивую работу двигателя под нагрузкой на малых оборотах, а также ряд других преимуществ
• применение распределителя с тремя видами регулировки опережения зажигания(двумя автоматическими и одной ручной), обеспечивающего наивыгоднейшее опережение зажигания на всех режимах работы двигателя
• установка катушки зажигания с добавочным сопротивлением (вариатором), улучшающим работу системы зажигания, а также облегчающим пуск двигателя
• применение тонкостенных биметаллических вкладышей подшипников коленчатого вала, позволяющих заменять их без снятия двигателя с автомобиля(до перешлифовки шеек вала) и дающих возможность обходиться благодаря высокой точности обработки и малой усадке баббитового слоя без регулировочных прокладок