BMW dalam Formula Satu
Pemasok mesin > Brabham, ATS, Arrows, Benetton, dan Ligier (1982–1988)

Informasi lebih lanjut: BMW M12
Menyusul dimulainya proyek Formula Satu Renault pada musim 1977 dengan menggunakan mesin turbocharged, dan semakin sukses setelahnya, maka BMW memutuskan untuk mengembangkan mesin turbonya sendiri untuk olahraga tersebut,  sebuah program yang diumumkan kepada media pada bulan April 1980. Mesinnya didasarkan pada unit M10, empat silinder, 1,5 liter, mesin yang disedot secara normal yang awalnya dirancang pada akhir tahun 1950-an. Turunan balapnya, yaitu M12, juga telah digunakan dalam balapan selama periode tersebut, dan berhasil memenangkan balapan di Formula Dua dan kategori yang lainnya. Pada musim 1979 dan 1980, BMW menyediakan armada mobil M1 yang identik untuk ajang Formula Satu dan pembalap profesional yang lainnya untuk berlomba di BMW M1 Procar Championship, yang putarannya diadakan selama akhir pekan balapan Grand Prix, sehingga memperkuat hubungan antara merek ini dengan olahraga tersebut. Pada saat yang sama, Jochen Neerpasch mengawasi pengembangan prototipe mesin turbo 1,4 liter oleh Paul Rosche, yang segera menghasilkan tenaga 600bhp pada tekanan 2,8bar. Mesin ini dilengkapi dengan turbocharger tunggal Kühnle, Kopp & Kausch (KKK) dan elektronik Bosch, termasuk injeksi bahan bakar. Mesin ini menjadi dasar desain M12/13, unit balap yang pada akhirnya dipasok oleh BMW ke lima tim dari musim 1982 hingga 1988.
Diskusi awal diadakan dengan Juara Dunia ganda, yaitu Niki Lauda, dan tim McLaren mengenai topik kampanye musim 1980, namun dewan BMW menolak permintaan Neerpasch untuk program tersebut. Neerpasch kemudian meninggalkan posisinya untuk bergabung bersama dengan merek Talbot asal Prancis, yang juga berencana untuk masuk ke dalam ajang Formula Satu, dalam hal ini dengan tim Ligier. Neerpasch telah mengatur penjualan mesin M12/13 Rosche kepada Talbot, tetapi Rosche dan penerus Neerpasch, yaitu Dieter Stappert, berhasil memprotes dewan direksi mereka bahwa upaya seperti itu pantas mendapatkan komitmen kerja penuh, terutama karena fakta bahwa M12/13 adalah mesin yang berasal dari mesin mobil jalan produksi berarti potensi kesuksesan bisa sangat berharga bagi BMW dari sudut pandang pemasaran dan penjualan. BMW kemudian menegosiasikan pasokan eksklusif mesin M12/13 ke tim Brabham.
Pengujian M12/13 dimulai pada akhir musim 1980 dengan sasis Brabham BT49 yang diubah untuk menerima mesin. Perancang tim, yaitu Gordon Murray, merancang mobil yang baru, yaitu BT50, untuk mesinnya, tetapi baru selesai memasuki musim 1981. BT50 memiliki jarak sumbu roda yang lebih panjang dan sel bahan bakar yang lebih besar dibandingkan dengan BT49 untuk mengakomodasi kebutuhan mesin turbo yang lebih bertenaga, dan juga merupakan salah satu mobil Formula Satu yang pertama yang memiliki fitur telemetri di dalamnya sebagai sarana pemantauan kinerja mesin injeksi bahan bakar. Pembalap utama tim, yaitu Nelson Piquet, menguji BT50 sepanjang musim 1981, tetapi mobil tersebut terbukti tidak dapat diandalkan sampai Bosch memperkenalkan sistem manajemen elektronik digital pada akhir musim, yang segera memperbaiki situasi. BT50 tampil satu kali pada balapan akhir pekan di Grand Prix Inggris 1981, di mana Piquet menetapkan waktu kualifikasi 0,7 detik lebih lambat dibandingkan dengan usahanya di BT49 yang didukung oleh Cosworth DFV. BT50 ditangani dengan buruk, tetapi mencatat 192 mil per jam (309 km/h) melalui alat pengukur kecepatan, beberapa 15 mil per jam (24 km/h) lebih cepat daripada BT49. Sementara itu, tim Brabham berhasil memenangkan gelar juara dunia pembalap bersama dengan Piquet yang mengendarai mobil BT49 sepanjang musim.
Tim Brabham memulai musim 1982 dengan dua sasis BT50 bertenaga BMW di Grand Prix Afrika Selatan, di mana Piquet dan Patrese masing-masing start dari posisi kedua dan keempat, namun tersingkir di awal balapan. Kepala tim, yaitu Bernie Ecclestone, berada di bawah tekanan dari sponsor utama tim, yaitu Parmalat, untuk mempertahankan gelar Kejuaraan Dunia yang telah diraih oleh Piquet, dan memilih untuk balapan dengan menggunakan sasis BT49 bertenaga Cosworth di Grand Prix Brasil, yang berhasil dimenangkan oleh Piquet, tetapi kemudian didiskualifikasi karena menghindari batas berat minimum dengan menjalankan "rem berpendingin air". Kedua pembalap juga membalap BT49 di Grand Prix Long Beach 1982, dan tim memboikot Grand Prix San Marino sebagai bagian dari perang FISA–FOCA. Untuk balapan berikutnya, yaitu Grand Prix Belgia, Piquet dan Patrese beralih kembali ke BT50, tetapi Piquet menyelesaikan balapan ini dengan jarak tiga putaran di belakang pemenang, dan Patrese mundur. Ketika hubungan antara Brabham, BMW, dan Parmalat menjadi tegang, Ecclestone terpaksa berkompromi, dengan Piquet yang melanjutkan pengembangan BT50 sementara Patrese berpacu dengan sasis Cosworth. Pada Grand Prix Monako, Patrese berhasil menang, sementara Piquet lebih lambat dua detik di sesi kualifikasi dan mundur dari balapan. Titik nadir keterlibatan BMW di dalam ajang Formula Satu sejauh ini terjadi di Grand Prix Detroit, di mana masalah keandalan mesin menghalangi upaya Piquet untuk bisa lolos.
Namun, nasib BMW tiba-tiba membaik, pada balapan berikutnya di Kanada, di mana kondisi sejuk cocok dengan mesin turbocharged dan memungkinkan Piquet memimpin pulang Patrese (masih di BT49), untuk mencatat rekor kemenangan Formula Satu yang pertama bagi BMW. Untuk sisa musim ini, kedua pembalap balapan dengan BT50, dan menggunakan strategi radikal Murray berupa pit stop yang direncanakan untuk mengisi bahan bakar di tengah balapan untuk berlari di depan lapangan pada banyak kesempatan. Namun, mobil itu masih tidak bisa diandalkan, sehingga Piquet dan Patrese hanya bisa finis balapan sebanyak empat kali lagi sebelum akhir musim. Daya saing mesin BMW ditunjukkan oleh fakta bahwa Piquet tersingkir dari memimpin jalannya lomba di Grand Prix Inggris, Prancis, dan Jerman, sementara Patrese juga tersingkir dari kepemimpinannya di Grand Prix Austria. Patrese juga berhasil mengamankan putaran tercepat yang pertama bagi BMW di Grand Prix Prancis, sementara Piquet merebut posisi terdepan perdananya di balapan Austria.
Pada musim 1983, peningkatan keandalan mesin BMW pada BT52 yang baru memungkinkan Piquet memenangkan gelar Kejuaraan Dunia Pembalap, setelah merombak Alain Prost (Renault) dalam poin klasemen. Brabham juga finis di posisi ketiga di dalam klasemen akhir Kejuaraan Dunia Konstruktor, meskipun kurangnya konsistensi Patrese di mobil kedua membuat tim tidak bisa bersaing untuk memperebutkan gelar ini. Piquet berhasil memenangkan tiga balapan dan Patrese berhasil memenangkan balapan terakhir di musim ini. BMW juga mulai memasok mesinnya ke tim ATS asal Jerman di musim ini, tetapi pembalap tunggal, yaitu Manfred Winkelhock, tidak mampu mencetak poin apa pun.
Untuk musim 1984, BMW memperluas menjadi tiga tim dengan juga memasok M12/13 ke tim Arrows. Sasis A7 tim belum siap di awal musim, dan pembalap Marc Surer dan Thierry Boutsen mengemudikan mobil A6 bermesin Cosworth di sepuluh dari 32 entri, tetapi mencetak tiga poin dengan mesin BMW di akhir musim ini. Tim ATS kembali gagal mencetak poin dengan Winkelhock atau Gerhard Berger, dan mengundurkan diri dari olahraga tersebut di akhir musim. Di lini depan, Piquet tidak mampu mempertahankan gelar juara dunianya yang didominasi oleh dua pembalap McLaren, yaitu Niki Lauda dan Prost. Piquet berhasil mengambil sembilan posisi terdepan selama musim tersebut, tetapi mundur dari jumlah balapan yang sama, dan tim McLaren biasanya lebih cepat dalam kondisi balapan, meskipun ia berhasil memenangkan Grand Prix Kanada dan Detroit. Mobil Brabham yang kedua diisi di sebagian besar balapan oleh Teo Fabi, yang berusaha berkompetisi di musim penuh IndyCars, tetapi berkomitmen untuk ajang F1 penuh waktu paruh waktu sepanjang tahun. Karena komitmennya di negara Amerika Serikat, maka dia melewatkan tiga balapan, di mana dia digantikan oleh saudaranya, yaitu Corrado. Winkelhock juga membalap untuk tim pada balapan terakhir musim ini setelah ayah Fabis meninggal sesaat sebelum acara tersebut.
Pada musim 1985, tim Brabham beralih ke ban Pirelli, yang sebelumnya tidak terlalu kompetitif dibandingkan dengan pemasok Goodyear dan Michelin yang sudah mapan, di  berharap perusahaan asal Italia tersebut dapat menyediakan ban pesanan khusus yang sesuai dengan sasis BT54 yang baru. Hal ini terbukti merupakan sebuah kesalahan penilaian, karena Piquet hanya berhasil memenangkan satu balapan saja—Grand Prix Prancis—dan tim tersebut turun dari posisi keempat ke posisi kelima di dalam klasemen akhir Kejuaraan Dunia Konstruktor. Tim kembali memiliki kebijakan pembalap nomor satu yang jelas, dengan kursi kedua kembali dibagikan, kali ini antara François Hesnault dan Surer. Sebaliknya, tim Arrows mengalami musim yang jauh lebih baik, mencetak 17 poin bersama Berger dan Boutsen, termasuk naik podium untuk Boutsen di Grand Prix San Marino.
Untuk musim 1986, Murray merancang BT55 garis rendah yang radikal, yang bertujuan untuk mengurangi hambatan mobil secara signifikan dan menurunkan pusat gravitasinya. BMW memproduksi mesin M12/13/1, yang dimiringkan ke samping agar sesuai dengan pengurangan ruang yang dialokasikan untuk mesin. Terlepas dari keunggulan teoretisnya, BT55 terbukti tidak kompetitif, mengalami traksi yang buruk dan banyak kegagalan mekanis yang disebabkan oleh masalah pengikisan oli pada mesin yang miring. Selain itu, tim mengalami kematian Elio de Angelis dalam kecelakaan pengujian setelah empat balapan; penggantinya, yaitu Derek Warwick, dan pembalap yang kembali lagi, yaitu Patrese, mencetak dua poin di antara mereka di sepanjang musim ini. Tim Arrows juga terpeleset ke belakang, hanya mencetak satu poin dengan Boutsen, Surer, dan Christian Danner, dan juga kehilangan servis Surer di pertengahan musim ketika pembalap asal Swiss itu terluka parah dalam kecelakaan reli. Kemitraan yang paling sukses bagi BMW pada tahun 1986 adalah dengan tim baru Benetton, yang mencetak 19 poin, dengan keberhasilan memenangkan Grand Prix Meksiko dan meraih dua posisi terdepan bersama dengan Berger dan Teo Fabi. Tim Arrows dan Benetton terus menggunakan mesin M12/13 versi "tegak" asli.
BMW mengurangi komitmen kerja penuhnya terhadap pasokan tunggal Brabham pada musim 1987; tim menghasilkan sasis BT56 yang lebih konservatif dan mencetak sepuluh poin dengan Patrese, Andrea de Cesaris, dan Stefano Modena. Di penghujung tahun, pemilik tim, yaitu Bernie Ecclestone, yang semakin terlibat dalam menjalankan sisi komersial olahraga ini, memutuskan untuk tidak berkompetisi pada tahun berikutnya, mengakhiri masa jabatan BMW sebagai pemasok mesin turbo. Namun, tim Arrows masih tertarik untuk menggunakan versi tegak M12/13, dan mengatur sponsor utamanya, USF&G, untuk membeli sisa stok. Mesinnya diberi nama ulang menjadi "Megatron", dan digunakan untuk menggerakkan mobil Arrows pada musim 1987 dan 1988, dan tim Ligier hanya pada musim 1987. Tim Arrows finis di posisi kelima di dalam klasemen akhir Kejuaraan Dunia Konstruktor di akhir dua musim ini, hasil yang merupakan yang terbaik dalam 25 tahun sejarah tim.
Untuk musim 1989, peraturan teknis diubah untuk melarang mesin turbocharged, dan melarang mesin M12/13. Selama berada di dalam ajang F1, mesin tersebut telah berhasil memenangkan gelar Kejuaraan Dunia Pembalap musim 1983 dan sembilan Grand Prix. Mesin ini juga berhasil meraih 14 posisi terdepan dan mencetak 13 putaran tercepat.