El motor (imagen) es un V6 a 90 grados de 2,9 litros de cilindrada y sobrealimentado por dos turbocompresores. Este motor, que está inclinado 2,9 grados respecto al eje longitudinal del coche, está fabricado en Termoli por Alfa Romeo. El bloque y la culata son de aluminio.

El ángulo que forman las bancadas es de 90 grados, que no es lo normal para un motor V6, ni lo ideal de cara a conseguir el mejor equilibrado. Esta disposición sí es ideal para un V8, como por ejemplo lleva el Ferrari Portofino. Ambos coches, Alfa Romeo Giulia Quadrifoglio y Ferrari Portofino, comparten aspectos técnicos del motor como el diámetro y la carrera de los cilindros (ficha comparativa). No es la primera vez que un V6 a 90 grados tiene relación con el diseño de un V8; por ejemplo, ocurrió con el Maserati tipo 114 (que lo tenía el Merak y el Citroën SM) o el motor PRV ( Peugeot, Renault y Volvo) que originalmente iba a ser un V8.

Hay una explosión cada 90 y cada 150 grados de giro del cigüeñal. Según Alfa Romeo, «esto proporciona al motor un ruido característico, debido a un desarrollo del par motor menos regular con respecto al desarrollo con explosiones cada 120°». Las explosiones cada 120 grados son las que tiene un V6 a 60 grados, cuyo funcionamiento es más regular.

La bancada derecha tienen un sistema de desactivación de cilindros. Este sistema hace que las válvulas de admisión y de escape de todos los cilindros de la bancada permanezcan cerradas, a la vez que se interrumpe la inyección de combustible.

La cabeza de las válvulas de escape son de una aleación de acero con alto porcentaje de níquel y cromo para soportar mejor el efecto corrosivo de los gases de escape. Su cavidad interna está rellena con sodio, que se convierte en líquido a unos 100 grados y, por ello, elimina el calor más fácilmente. No son soluciones novedosas.

El diferencial trasero va unido a un embrague de discos que, gracias a un motor eléctrico que lo acopla o desacopla, permite controlar la fuerza que hacen cada una de las ruedas traseras.

La suspensión es del mismo tipo que en los Giulia de menor potencia, de paralelogramo deformable en ambos ejes. En el delantero hay un brazo superior en forma de triángulo y dos brazos sencillos en la parte inferior que van ubicados casi perpendicularmente a la marcha (imagen). Los brazos de la suspensión están unidos a la rueda mediante rótulas de acero. 

En la suspensión trasera hay un brazo ancho y plano en la parte inferior y dos normales ubicados en posición transversal a la marcha en la parte superior (imagen).

Las barras estabilizadoras están unidas a los amortiguadores mediante dos bielas (una por lado) realizadas en aluminio. Los amortiguadores son de ZF-SACHS con regulación electrónica de la dureza (lo que cambia su dureza es una electroválvula que deja pasar más o menos aceite a su través).

Hay una centralita electrónica, denominada CDCM (Chassis Domain Control Module), que controla distintos apartados del chasis: la activación del alerón móvil que hay en la parte baja del parachoques delantero (Active Aero Splitter, imagen), el funcionamiento del diferencial trasero, la suspensión de dureza variable, así como la desactivación de una de las filas de cilindros.

En la carrocería hay diversas piezas de fibra de carbono, como el capó (5,1 kg), techo (9,1 kg), el alerón trasero (2,1 kg) y el deflector móvil o difusor que se despliega para mejorar el apoyo aerodinámico (2,3 kg). 

La función del deflector móvil delantero, que se activa en los modos de conducción Dynamic o Race y entre 100 y 230 km/h, es «desviar el flujo del aire que se envía a los bajos de la carrocería para aumentar la adherencia y la carga aerodinámica en la parte delantera». Otra función es incrementar el efecto venturi que producen el fondo plano y el difusor trasero. El coeficiente aerodinámico (CX) es 0,32.

La masa en condiciones de homologación del Giulia Quadrifoglio con tracción trasera es 1655 kilogramos en el caso de que lleve cambio de marchas manual (el automático pesa 40 kg más) y está distribuida al 50 % entre los dos ejes. Un BMW M3 es más ligero y un Mercedes-Benz AMG C 63 Berlina, más pesado.

El sistema de escape está controlado por dos mariposas neumáticas de tipo baipás. En condiciones normales, están cerradas y obligan al gas de escape a expandirse en un silencioso. Con las mariposas abiertas, los gases de escape procedentes del motor fluyen hacia el exterior sin expandirse previamente en el silenciador. Como consecuencia, se produce mayor ruido. 

El sistema de frenos es peculiar porque no hay servofreno de ayuda a la frenada. En su lugar hay un actuador electro-mecánico (ABS Continental® MK C1) que crea la presión. Es decir, el pedal no genera de manera directa la presión hidráulica de frenado  (como en un Toyota Prius, por ejemplo). Eso tiene varias consecuencias: una, que el sistema es capaz de variar la respuesta de la frenada en función del modo de conducción seleccionado. Otra, que al actuar el ABS, el conductor no siente las habituales pulsaciones en el pedal del freno.