Die Zylinderhochachse ist um 32 Grad nach vorn geneigt. Hieraus resultieren ein optimaler Schwerpunkt sowie eine für Supersport-Motorräder unerlässliche, Vorderrad-orientierte Gewichtsverteilung für absolut präzises Fahrgefühl und höchstmögliche Rückmeldung der Frontpartie.

Die Kurbelwelle des S 1000 RR Motors ist einteilig aus Vergütungsstahl geschmiedet, gleitgelagert und besitzt die traditionelle Kröpfung von 180 Grad für gleichmäßige Zündabstände. Die gleitgelagerten Pleuel sind als besonders leichte Schmiedeteile aus Vergütungsstahl ausgeführt. Mit einer Länge von 103 mm ermöglichen sie eine geringe, schwerpunktgünstige und raumsparende Bauhöhe des Triebwerks bei vertretbaren Seitenkräften auf die Kolben sowie dennoch ruhigem Motorlauf. Zwei im Winkel von 45 Grad zur Pleuelhochachse angebrachte Schmierbohrungen im oberen Pleuelauge stellen die Ölversorgung der Kolbenbolzenlagerung sicher. Die Horizontalteilung der Pleuel erfolgt mit der bewährten Crack-Technik („cracken“ = brechen), und ermöglicht somit eine extrem passgenaue Montage ohne weitere Zentrierung.

In den mit einer Nikasil-Beschichtung versehenen Zylinderlaufbahnen arbeiten geschmiedete Leichtbaukastenkolben mit 80 mm Durchmesser und sehr kurzem Kolbenhemd. Sie sind mit zwei hinsichtlich der Reibleistung optimierten, schmalen Kolbenringen sowie einem dreiteiligen Ölabstreifring bestückt.

Die flache Gestaltung von Brennraum, Kolbenboden und Ventiltaschen unterstützt einen thermodynamisch günstigen Verbrennungsablauf und ermöglicht eine gewichtsoptimierte Kolbenbodenkontur. Das Kolbengewicht beträgt komplett mit Bolzen und Ringen nur 253 g. Zur Wärmeabfuhr werden die thermisch hoch belasteten Kolbenböden über Ölspritzdüsen im Kurbelgehäuse gezielt gekühlt. Dies stellt den zuverlässigen Betrieb auch unter Extrembedingungen sicher und erhöht ihre Lebensdauer.

Das in Höhe der Kurbelwellenmitte horizontal zweigeteilte Zylinder-Kurbelgehäuse besteht aus hochfesten Aluminiumlegierungen. Dabei bildet das kompakte Oberteil aus Kokillenguss einen hochsteifen Verbund aus den vier Zylindern und dem oberen Lagerstuhl für die Kurbelwelle. Außerdem nimmt die obere Gehäusehälfte das leichte und kompakte Sechsganggetriebe auf. Der Zylinderblock mit dem Wassermantel ist für ein Höchstmaß an Steifigkeit als so genannte Closed-Deck-Konstruktion ausgeführt.

Ganz wesentlich werden Leistungsvermögen, Leistungscharakteristik, Verbrennungsgüte und auch der Kraftstoffverbrauch von Zylinderkopf und Ventiltrieb bestimmt. Das Design des Vierventil-Zylinderkopfs wurde auf ideale Kanalgeometrie, Kompaktheit, optimale Thermodynamik und effizienten Wärmehaushalt hin entwickelt. Aus dem engen Ventilwinkel ergeben sich ideal gerade Einlasskanäle sowie ein kompakter Brennraum für hohe Verdichtung und optimalen Wirkungsgrad.

Im Hinblick auf beste Leistungsausbeute und höchste Drehzahlfestigkeit bei Erfüllung der Kriterien Steifigkeit, minimale bewegte Massen und optimale Zeitquerschnitte an den Ventilen verfügt das Vierzylinder-Triebwerk über eine Schlepphebelsteuerung mit zwei oben liegenden Nockenwellen. Sie bietet die perfekte Kombination aus höchster Steifigkeit und minimalem Gewicht der bewegten Ventiltriebbauteile bei zugleich sehr kompaktem Zylinderkopfdesign.

Der Ventilspielausgleich erfolgt über sehr kleine und leichte Einstellplättchen, die in den Federtellern geführt sind. Auf der Einlassseite sind die Federteller aus leichtem Hochleistungsaluminium gefertigt. Die bewegten Massen der Schlepphebelventilsteuerung sind geringer als bei einer vergleichbaren Tassenstößellösung. Die geringen oszillierenden Massen ermöglichen eine hohe Ventilbeschleunigung für füllige Nockenprofile und hohe freie Ventilquerschnitte.

Die für das Serienmotorrad festgelegte Drehzahlgrenze liegt bei 14.200 min–1, die rein mechanische Drehzahlverträglichkeit indes noch weit darüber. Aufgrund der großen Zylinderbohrung von 80 mm war es möglich, die größtmöglichen und damit leistungsfreundlichsten Ventiltellerdurchmesser unterzubringen. Die Tellerdurchmesser der Ventile betragen einlassseitig 33,5 mm, auslassseitig 27,2 mm und beeindrucken im Sinne größtmöglicher Füllung im supersportlichen 1000er Segment.

Beim Schmiersystem setzt der Motor die in diesem Segment bewährte Nasssumpfschmierung mit einer Eaton-Ölpumpe. Anstatt eines Wärmetauschers wird zur Ölkühlung ein separater Ölkühler verwendet, der sich strömungsgünstig unterhalb des Wasserkühlers in das Verkleidungsunterteil integriert. Der Einsatz eines Ölkühlers verhindert die unerwünschte zusätzliche thermische Beaufschlagung des Kühlmittels und ermöglicht so den Einsatz eines kleineren und leichteren Wasserkühlers und damit auch eine Reduzierung der Kühlmittelmenge.

Geringe Baubreite, kompakte und vor allem leichte Bauweise standen auch bei der Anordnung der elektrischen Nebenaggregate und ihrer Antriebe im Vordergrund. So sitzt der mit einem Permanentmagneten ausgerüstete Drehstromgenerator auf dem linken Kurbelwellenstumpf. Er leistet 434 W bei 6.000 min–1 und ist auf eine Maximaldrehzahl von 16.000 min–1 ausgelegt. Der in der oberen Motorgehäusehälfte links hinter den Zylindern angeordnete Vorgelege-Anlasser leistet 800 W und wiegt 1.050 g. Er ist über einen Freilauf gekoppelt und wirkt im Verhältnis 1:24,61 untersetzt auf die als Stirnrad ausgebildete linke äußere Kurbelwange. Aus Gründen der Gewichtsreduzierung ist der linke Seitendeckel für Generator und Anlasser aus leichtem Magnesium gefertigt.

Die Einspritzung arbeitet vollsequenziell, das heißt, der Kraftstoff wird individuell und passend zum Ansaugtakt des jeweiligen Zylinders in den Ansaugkanal eingespritzt. Zur Verbesserung des Drehmomentverlaufs verfügt der Motor über die aufwändige Technologie der Schaltsaugrohre. Je nach Drehzahl wird über einen auf der Airbox angebrachten Stellmotor die Länge der Ansaugtrichter kennfeldgesteuert in zwei Stufen variiert. Mit dem Ziel einer optimalen Füllung wird über je vier Einspritzdüsen an der Drosselklappenleiste und oberhalb des Saugrohrs die geeignete Benzinmenge zugeführt. Dabei werden die Einspritzdüsen je nach Drehzahl und Leistungsanforderung getrennt oder gemeinsam angesteuert.