Come sulla Brutale 1000 Serie Oro, il motore della 1000 RR è la più recente evoluzione del quattro cilindri in linea MV Agusta. Rispetto al passato ha subito un’ampia riprogettazione, tanto da raggiungere cifre di tutto rispetto: 208 CV di potenza massima a 13.450 giri e 116,5 Nm a 11.000 giri.
La distribuzione è a valvole radiali e la catena di distribuzione centrale, scelte tecniche ispirate alla tecnologia della Formula 1 e della MotoGP. In particolare la camera di combustione è di derivazione F1; le bielle in titanio, tipiche in MotoGP, contribuiscono a contenere le masse, i carichi e l'inerzia complessiva del motore. Stessa derivazione dal massimo campionato motociclistico per la catena di distribuzione centrale, realizzata in grado di mitigare gli effetti della torsione degli alberi a camme agli alti regimi di rotazione. Sono nuovi inoltre le guide valvole e gli alberi a camme, caratterizzati da alzate e fasature inedite in aspirazione e scarico. I pistoni sfruttano segmenti Asso a basso attrito; nuovo l'albero motore, bilanciato per limitare gli assorbimenti agli alti regimi.
Dall'esperienza diretta di MV Agusta nelle competizioni per derivate di serie arriva il nuovo sistema di lubrificazione a “splitter”, che permette di separare l’olio dagli organi meccanici in movimento. Anche la trasmissione è stata rivista con l'impiego di ingranaggi che oltre all'attrito riducono la rumorosità complessiva. A questo risultato concorrono i coperchi della ruota fonica e della frizione, che assorbono parzialmente il rumore.
Alla riprogettazione dell'airbox è seguita la definizione di un nuovo sistema di aspirazione: i cornetti hanno lunghezze diverse tra di loro per massimizzare il rendimento del motore, la potenza e la coppia. L'attuale struttura dispone di doppi iniettori: quattro inferiori Mikuni e quattro superiori Magneti Marelli a doccia, con portata maggiorata e disposizione sopra al cornetto di aspirazione. L'impianto di scarico Arrow si avvale dello schema 4-1-4, con valvola parzializzatrice.
Anche la gestione elettronica del motore è stata evoluta, grazie alla collaborazione con Eldor, che ha realizzato una nuova centralina EM2.0 proprio per questo quattro cilindri. Sono presenti il full ride by wire multimappa (Sport, Race, Rain, Custom) e la piattaforma inerziale IMU, che gestisce il controllo di trazione (regolabile su 8 livelli e disinseribile) e che modula l'intervento in funzione dei dati sull'angolo di piega forniti dall'IMU. Il Front Lift Control, evoluzione dell’anti-wheelie, può essere disattivato. Per le partenze è disponibile il launch control, che interviene sia sui giri motore sia sulla coppia in funzione della velocità durante la partenza. Troviamo poi il cambio elettronico EAS 2.1 Up&Down, attivo sia in salita sia in scalata.