Den 54-årige, som ledde laget till tre förare och konstruktörer mästerskap fördubblas i rad från 2014 till 2016, förväntas gå med Williams.
Han kommer att ersättas av före detta Ferrari teknisk direktör James Allison, vars avtal undertecknades för några månader sedan, källor säger, men är ännu inte bekräftat.
Lowe är inställd på att ta på sig en roll som leder den tekniska sidan av hela Williams-gruppen, inklusive F1-teamet.
Han förväntas också leda den spirande Williams Advanced Technologies-verksamheten.
Källor säger dock att en slutlig överenskommelse mellan Lowe och Williams ännu inte har nåtts.
Williams sägs av insiders att köa upp Toro Rosso teknisk direktör James Key att ansluta sig till dem i samma roll när hans kontrakt med Red Bull löper ut i slutet av året.
"Paddy har spelat en viktig roll i vår framgång under de senaste tre och ett halvt åren och vi tackar honom för hans bidrag," chefen för Mercedes-Benz Motorsport Toto Wolff sade.
"Success i Formel 1 handlar inte om enskilda individer utan om styrkan i djupet och den tekniska förmågan hos en organisation. Vi har talangen på plats för att fortsätta vår framgång under de senaste åren."
Lowe, som kommer att avtjäna en period av trädgårdsledighet innan han tillträder sin nästa roll, tillade: " Jag har haft en fantastiskt framgångsrik och trevlig tre och ett halvt år på Mercedes.
"Jag ser nu fram emot en ny utmaning och önskar alla lycka till på Mercedes."
Allison, 48 år, är i själva verket en liknande ersättning för Lowe, men han förväntas inte vara lika överordnad eller tjäna lika mycket som sin föregångare. Lowe's 3 miljoner pund inkomst för de senaste två säsongerna - inklusive alla bonusar - sägs ha orsakat spänningar på Mercedes.
Allison kommer att gå med i Mercedes när hans egen period av trädgårdsledighet från Ferrari löper ut på sommaren. Han delade med det italienska laget i juli förra året när de genomgick en omstrukturering av sin tekniska avdelning.
Lowes drag är inte direkt kopplat till Williams förare Valtteri Bottas förestående byte till Mercedes för att ersätta världsmästaren Nico Rosberg, som gick i pension förra året, fem dagar efter att ha vunnit titeln.
Men källor säger att nu är Lowes position klar, det kan jämna vägen till Botta-affären som är klar.
Sedan BBC Sport avslöjade Bottas var Wolffs första val att ersätta Rosberg har alla element införts.
Williams avslöjade i ett uttalande till BBC att de var beredda att släppa Bottas och har radat upp sin före detta lagkamrat Felipe Massa för att ersätta honom.
Men den ekonomiska kompensationen Mercedes måste betala för Williams att släppa Bottas har ännu inte överenskommits.
Williams har övertalat Massa att komma ut ur pensionen efter att 35-åringen meddelade sitt beslut att lämna sporten i slutet av förra säsongen.
De behövde en förare över 25 år för att ersätta Bottas eftersom deras titelsponsor, dryckesjätten Martini, inte kan använda två förare under den åldern för sin globala kampanj.
Williams andra förare 2017 är 18-årig kanadensisk rookie Lance Stroll, som är känd för att föra in regionen £20m till laget i ekonomiskt stöd.
Mediauppspelning stöds inte på den här enheten
Paddy Lowe har lämnat sin position som teknisk chef för Mercedes.