V8-FSI-Motor mit Direkteinspritzung .Der hochdrehende Motor (maximal 8250 min-1) mit 4, 2 Liter Hubraum hat eine Leistung von 309 kW (420 PS) bei 7800 min-1 und ein maximales Drehmoment von 430 Nm, das zwischen 4500 und 6000 min-1 anliegt. Das Drehmoment steht von 3500 bis 7600 min-1 zu 90 Prozent zur Verfügung, um genügend Kraft über das gesamte Drehzahlband liefern zu können. Der Audi R8 beschleunigt in 4, 6 Sekunden von Null auf 100 km/h und soll laut Audi 301 km/h erreichen. Das Leistungsgewicht beträgt 3, 8 kg/PS.
Der R8 verfügt über einen von Lamborghini stammenden kupplungsgesteuerten Allradantrieb. Die Hinterachse ist primär angetrieben, die Vorderachse wird über eine Viscokupplung angetrieben, die abhängig von der Drehzahldifferenz zwischen den Achsen einen Teil der Antriebskraft nach vorne leitet.