El motor que tiene el ZR1 está fabricado a partir del V8 de la versión básica del Corvette (437 CV). Corvette se refiere al primer motor como «LS9» y al segundo como «LS3».

El bloque y la culata están fabricados en aluminio. Es un bloque cerrado; es decir el cigüeñal no está apoyado en un cárter sino en casquillos unidos al bloque. La culata está hecha de una aleación de aluminio diferente a la del Corvette de 437 CV (denominada «A356T6»).

Según Corvette, se ha elegido esta aleación porque disipa mejor el calor (el motor del ZR1 genera más calor que la variante menos potente porque está sobrealimentado por un compresor volumétrico).

Otra diferencia en la culata de ambos modelos es que la del ZR1 tiene moldeados unos perfiles en los conductos de admisión que dan al gas de admisión una turbulencia de tipo «swirl», que favorece que la mezcla de aire y gasolina sea más uniforme en un régimen alto.

El sistema de distribución tiene el árbol de levas en el bloque (el movimiento de las levas a los balancines de las válvulas se hace por medio de unas varillas o empujadores) y sólo tiene dos válvulas porcilindro. Las válvulas de admisión (de 55 mm de diámetro) están fabricadas en titanio. Las de escape (de 40,4 mm de diámetro) son de acero y están rellenas de sodio.

La distribución es fija, no variable. Las válvulas de admisión y de escape sólo se desplazan 14,1 mm; de esa manera se favorece que el motor tenga buena respuesta a bajo régimen

Los pistones son de aluminio forjado, con una falda muy corta, y las bielas de titanio.

El compresor volumétrico del ZR1 es de tipo Roots, fabricado por Eaton y tiene una capacidad de 2,3 l. La presión máxima absoluta de sobrealimentación es 1,72 bar. La mariposa de admisión tiene un diámetro de 87 mm y está controlada electrónicamente.

A la salida del compresor va montado un intercooler, con la peculiaridad de que va refrigerado por agua . Tiene un circuito independiente del que refrigera el resto del motor. El intercooler puede bajar la temperatura del aire del motor hasta 60º.

Tanto el intercooler como el compresor van integrados en una misma carcasa , que es la pieza que se ve a través de la ventanilla de plástico del capó del ZR1. La bomba de agua y el sistema de lubricación son específicos para este modelo.

Este motor da la potencia máxima (647 CV) a 6.500 rpm. El par máximo es 807 Nm a 3.800 rpm. El 90% está disponible entre 2.600 y 6.000 rpm.

La caja de cambios del ZR1 está fabricada por Tremec y su denominación es «TR6060». Es manual de seis velocidades y tiene doble disco de embrague. Según Corvette, una de las ventajas de este embrague es que su refrigeración es más efectiva y su duración es mayor que la de un embrague de un solo disco. Cada disco tiene un diámetro de 260 mm, por los 290 mm del único que tiene el Corvette Z06 de 513 CV.

Otra ventaja que cita Corvette del embrague de doble disco es que tiene un momento de inercia similar al del Z06 y, por lo tanto, no hay que hacer más fuerza en el pedal para desembragar el motor.