El motor es un diez cilindros de aluminio a 90º, con bloque abierto y muñequillas descentradas 18º, para que tenga aproximadamente la misma regularidad de funcionamiento que un V10 a 72º. Con todo, necesita un eje de equilibrado (imagen), colocado en el centro de la V, con el que se reducen algunas vibraciones de primer orden (las que se producen una vez cada vuelta de cigüeñal). Este motor pesa 220 kg.
Con relación al motor que tiene el Lamborghini Gallardo, hay un aumento de cilindrada de 4.961 a 5.204 cm³. Esto se debe a que el diámetro aumenta de 82,5 a 84,5 mm; la carrera no varía, mide 95,8 mm. La distancia entre centros de cilindros es también la misma, 90 mm. Una fila de cilindros está desplazada 18,5 mm con relación a la otra.
Es un bloque abierto de aluminio inyectado a baja presión. No tiene camisas, los cilindros tienen un tratamiento superficial de silicio. El cárter superior, que también es de aluminio, tiene soportes del cigueñal de hierro.
Tiene doble árbol de levas en culata movidos por cadena y cuatro válvulas por cilindro movidas a través de balancines de rodillos (imagen). En los cuatro árboles de levas hay una variador de fase de ajuste continuo que puede variar la apertura de las válvulas dentro de un ángulo de 42º. Las válvulas de admisión miden 32,5 mm y las de escape (rellenas de sodio), 28,0 mm.
Además de la distribución también se mueven por cadena el árbol de equilibrado y algunos elementos auxiliares.
El colector de admisión es de magnesio y es variable en dos fases mediante unas mariposas, que sirven para modificar la turbulencia del aire dentro de la cámara. En tramo largo el aire recorre 675 mm y en el corto, 307 mm.
A diferencia del motor del Gallardo, el del S8 tiene inyección directa. La presión de inyección es 100 bar y la mezcla es siempre estequiométrica (salvo el enriquecimiento que haya a plena carga). La bomba de gasolina puede dar hasta 100 bar.
Debido a la refrigeración que produce la evaporación de la gasolina dentro de la cámara, la relación de compresión se ha podido aumentar hasta 12,5 a 1 (11,5 a 1 en el Gallardo).
El control electrónico lo hace un sistema Bosch MED 9.1, con una centralita para cada fila de cilindros (una gobernada por la otra).
La potencia máxima es 450 CV a 7.000 rpm; menor que la del motor que tiene el Gallardo (499 CV a 7.800 rpm); por lo que parece, el aumento de cilindrada y de relación de compresión no compensa el hecho de que el motor de Lamborghini sea capaz de girar más rápidamente.
El par máximo sí es mayor que el del Gallardo: 540 Nm en lugar de 510. El régimen de par máximo es menor, en el motor del S8 es 3.500 rpm (muy bajo para un motor que da la potencia máxima a 7.000 rpm), en el del Gallardo es 4.500 rpm. La presión media efectiva es muy alta para ser un motor atmosférico: 1.303 bar (mayor que la del Gallardo); hay pocos motores atmosféricos con una presión mayor (uno de ellos es el del Porsche Carrera S).
El sistema de tracción es el normal en los Audi de motor longitudinal. Tiene un diferencial central de tipo Torsen que, en este caso, hace un reparto continuo de la fuerza del 40 por ciento en el eje delantero y el 60 en el trasero. Es decir, cuando todas las ruedas tienen la misma adherencia, el eje trasero hace más fuerza para impulsar al coche que el delantero.
Cuando alguno de los ejes tiene menos adherencia que el otro, el diferencial central puede variar hasta cierto punto la relación de fuerza que hacen los ejes, para favorecer al que tiene más adherencia (hasta el 65 por ciento en las ruedas delanteras y hasta el 85 por ciento en las traseras, siempre que la adherencia lo haga posible). Además, el control de tracción es capaz de frenar cualquier rueda, una función que equivale funcionalmente a un autoblocante delantero y trasero. La caja de cambios es automática de seis velocidades
Tiene bastidor de aluminio, como todos los A8, y pesa 1.940 kg. La suspensión es neumática y con elementos de aluminio, como en otras versiones del A8; las diferencias con estas versiones son que en el S8 los muelles y los amortiguadores son más duros, y que la carrocería —en la altura normal— está 20 mm más baja. La distancia al suelo puede variar entre un máximo de 125 mm y un mínimo de 95.
Los frenos que necesita miden 385 mm de diámetro delante y 335 detrás; son unos discos delanteros mayores que un Maybach 62 o un Rolls-Royce Phantom, pero no tanto como los de un Bentely Continental Flying Spur. Opcionalmente podrá llevar los discos de material compuesto (cerámica y fibra de carbono) ya disponibles para el A8 V12, que tienen una duración estimada de 300.000 km (más información sobre estos discos).