L'asse verticale dei cilindri è stato inclinato rispetto alla parte anteriore di 32 gradi. Per questo motivo il baricentro è ottimale così come la distribuzione del peso verso l’avantreno (indispensabile per le moto supersport) per provare un feeling di guida di assoluta precisione e ricevere il miglior feedback.

L'albero a gomiti del motore della S 1000 RR è un unico pezzo forgiato di acciaio bonificato e ha il classico gomito da 180 gradi per intervalli di accensione uniformi. Le bielle montate su cuscinetti radenti sono realizzate in acciaio temprato, forgiate per ottenere particolare leggerezza. Con soli 103 mm di lunghezza, occupano il minimo spazio nel propulsore a vantaggio del baricentro ed esercitano forze non eccessive sui lati dei pistoni e nonostante ciò il motore è silenzioso. Disposti a 45 gradi rispetto all'asse verticale delle bielle, due fori di lubrificazione nell'occhio superiore assicurano l'alimentazione di olio al cuscinetto del pistone. Le bielle sono prodotte con il metodo “rottura crack”, consentendo un accoppiamento di alta precisione senza bisogno di centraggi aggiuntivi.

Rivestite di Nikasil, le superfici di scorrimento dei cilindri alloggiano il pistone leggero forgiato di diametro 80 mm con mantelli molto corti. Sono dotati di due fasce elastiche sottili con proprietà antiattrito ottimizzate e un anello raschiaolio in tre parti.

Il design piatto della camera di combustione, testa pistone e rientranze per le valvole favoriscono le buone proprietà termodinamiche durante il processo di combustione e aiuta a ottimizzare il peso del pistone. Il peso del pistone, completo di bulloni e anelli è di soli 253 g. Speciali ugelli per la nebulizzazione dell'olio nell'albero a gomiti riducono la formazione del calore raffreddando le temperature elevate sulle teste dei pistoni. Questo garantisce un funzionamento affidabile anche alle condizioni più estreme e aumenta la durata operativa.

Il basamento dei cilindri suddiviso orizzontalmente in due parti all'altezza dell'asse dell'albero a gomiti è realizzato in leghe di alluminio ad alta resistenza. La sezione superiore compatta pressofusa forma una struttura altamente rigida insieme ai quattro cilindri e alla sede cuscinetti del basamento motore superiore. Inoltre la metà superiore del vano è occupata dal cambio a sei marce compatto e leggero. Il blocco cilindri con la camicia d'acqua è progettato per la massima rigidità con la cosiddetta struttura a "closed deck".

Le prestazioni, le caratteristiche di marcia, la qualità della combustione e anche i consumi di carburante sono principalmente determinati dalla testata e dalla distribuzione. Il design della testata a quattro valvole è stato sviluppato prestando attenzione alla geometria ideale dei condotti, alla compattezza, alla termodinamica ottimale e alla dissipazione efficace del calore. Lo stretto angolo tra le valvole crea dei condotti di alimentazione che hanno un andamento lineare ideale e una camera di combustione compatta che garantisce un'elevata efficienza e un rapporto di compressione ottimale.

Il propulsore a quattro cilindri è dotato di un comando a bilancieri con doppi alberi a camme in testa, per una potenza ottimale e una massima velocità, rispettando contemporaneamente i criteri per rigidità, minime masse in movimento e riempimenti ottimali. Presenta la combinazione perfetta di massima rigidità e minimo peso di componenti delle valvole in movimento con al contempo un design della testata molto compatto.

La compensazione del gioco delle valvole è affidata a spessori molto piccoli e leggeri istallati negli scodellini. Sul lato aspirazione i bicchierini sono prodotti in alluminio ad alte prestazioni particolarmente leggero. Le masse in movimento con distribuzione a bilancieri sono inferiori rispetto alla soluzione con punteria a bicchiere. Le piccole masse oscillanti offrono un'immediata accelerazione della valvola anche per valori di alzata elevati.

Il regime di giri massimo per le moto di serie è di 14,200 g/min, ma la velocità esclusivamente meccanica è molto superiore. Il grande alesaggio dei cilindri di 80 mm ha consentito di installare teste delle valvole con il massimo diametro possibile per erogare la massima potenza. I diametri delle teste valvola sono 33,5 mm sul lato di alimentazione e 27,2 mm sul lato dello scarico per garantire prestazioni impressionanti con il massimo sfruttamento della cilindrata nella categoria Supersport 1000 cc.

L'impianto di lubrificazione nel motore è di tipo a carter umido con pompa Eaton, una soluzione altamente sperimentata in questa categoria. Al posto di uno scambiatore di calore viene impiegato un radiatore di olio separato, che è integrato nel rivestimento inferiore sotto il radiatore del liquido di raffreddamento per un maggiore flusso aerodinamico. Questo radiatore impedisce al calore indesiderato di raggiungere il refrigerante, permettendo di installare un radiatore più piccolo e leggero con la corrispondente riduzione della quantità di refrigerante necessario.

Nel posizionamento dei gruppi elettrici ausiliari e dei loro cavi è stata data grande priorità anche al contenimento delle larghezze con un design compatto ma sopratutto leggero. Ad esempio l'alternatore trifase dotato di un magnete permanente è situato all’estremità sinistra dell'albero a gomiti. Eroga 434 W a 6000 g/min ed è progettato per una velocità massima di 16.000 g/min. Posizionato dietro i cilindri nella metà superiore sinistra del vano motore, il motorino d'avviamento eroga 800 W e pesa 1050 g. È accoppiato con un volano e presenta un rapporto di riduzione di 1:24,61 sul braccio di manovella esterno sinistro che è stato progettato come un ingranaggio cilindrico. Per risparmiare peso il coperchio laterale sinistro per alternatore e motorino d'avviamento è realizzato in magnesio leggero.

Il processo d'iniezione è completamente sequenziale, cioè il carburante è introdotto nei condotti d'alimentazione di ogni cilindro e in sincronia con la loro corsa di aspirazione. Per migliorare le curve di coppia, il motore è dotato della complessa tecnologia dei collettori di aspirazione a lunghezza variabile. In funzione della velocità di rotazione del motore, un servomotore collegato al silenziatore di aspirazione varia la lunghezza dei cornetti d'aspirazione su due livelli secondo un programma prestabilito. L'alimentazione ottimale si ottiene introducendo carburante tramite 4 iniettori posti a monte della valvola a farfalla e a valle di quest’ultima. Gli iniettori vengono azionati individualmente o insieme in funzione della velocità del motore e della potenza richiesta.