De verwantschap van de Audi R8 Coupé V10 performance quattro met een pure raceauto gaat veel verder dan alleen de uitstraling. Sterker nog, de aandrijflijn komt ook op circuits tot zijn recht. De dry-sumpsmering is bekend uit de autosport. De 5,2-liter V10 werkt met een extreem hoge compressieverhouding van 12,7:1. Alleen in de performance-uitvoering zijn de veertig kleppen voorzien van het ultralichte en zeer harde titanium.
De middenmotor is bijzonder laag in het koetswerk geplaatst, wat een van de technische verklaringen is voor het scherpe stuurgedrag van de Audi R8.
De versnellingen van de 7-traps S tronic transmissie liggen dicht op elkaar. Deze bak is vanaf de basis nieuw ontwikkeld en met schakelpaddels achter het stuur te bedienen. De voor het middenmotorconcept geoptimaliseerde quattro-aandrijving verdeelt het aandrijfkoppel altijd optimaal over de wielen. Mede hierdoor neemt de Audi R8 Coupé V10 performance quattro een beslissende voorsprong op het gebied van tractie, dynamiek en rijveiligheid.