El LP640 es una evolución del Murciélago, con modificaciones en el motor, la transmisión, la suspensión, la parte exterior de la carrocería y la parte interior. El nombre de esta versión está tomado de la posición del motor (longitudinal posterior, como en todos los Murciélago) y la cifra de potencia en caballos, redondeada a cero (640). Al menos de momento, sólo está disponible con la carrocería cupé.
El nuevo motor realmente da 641 CV (471 kW). Con este motor, el LP 640 acelera de 0 a 100 km/h en 3,4 s y alcanza 322 km/h; es mejor el dato de aceleración que el de velocidad máxima. Un Mercedes-Benz SLR McLaren, que da 626 CV y pesa 1.768 kg, tarda 3,8 s en esa medición de aceleración, pero llega a 334 km/h; un Porsche Carrera GT (612 CV y 1.455 kg), acelera en 3,9 y alcanza 330 km/h.
El aumento de potencia se debe a varias causas: una que la cilindrada pasa de 6.192 a 6.496 cm³; aumentan el diámetro y la carrera. Otra, que el motor es capaz de girar más rápidamente; da la potencia máxima a 8.000 rpm, en vez de 7.500. Otra más es que la relación de compresión pasa de 10,7 a 11,0.
Con estas modificaciones, la potencia específica es más alta ahora, 98,7 CV/l en lugar de 93,5; es una potencia específica alta para un motor atmosférico.
El par máximo es ahora 660 Nm y lo da a 6.000 rpm. A pesar del aumento en la relación de compresión, la presión media ha bajado con relación al motor del Murciélago normal: 12,8 bar contra 13,2. Sigue siendo una presión media elevada, hay pocos motores atmosféricos pasen de 13,0 bar (el del Porsche 911 Carrera S, 13,1).
El motor de esta versión es básicamente el mismo que en las otras, un V12 a 60º, con bloque y culatas de aluminio, las entradas de aire variables (VACS) y distribución variable en la admisión y el escape. El colector de admisión es distinto y el radiador de aceite, más grande. Lamborghini también ha modificado el control electrónico del motor y la red CAN de control.
También como en otros modelos, la transmisión es total, con un eje delantero conectable automáticamente a través de un dispositivo viscoso. Puede tener cambio manual o automático, este último con un sistema para hacer salidas desde parado que Lamborghini llama «Thrust». Lamborghini ha adaptado las relaciones de cambio, el grupo y los ejes de la transmisión a las características del motor.
Las modificaciones del bastidor afectan principalmente a los muelles y amortiguadores, adaptados al mayor peso del coche; como en los otros Murciélago, los muelles traseros son dobles y los amortiguadores tienen un sistema variable controlado electrónicamente.
Los neumáticos son de 245/35 delante y 335/30 detrás, con llantas «Hermera» de 8,5 x 18 y 13 x 18. Lamborghini ofrece la opción de poner neumáticos específicos para circuito Pirelli P Zero Corsa y, próximamente, también neumáticos de invierno Pirelli P Sottozero.
Los frenos traseros son iguales que en el Murciélago normal (discos ventilados de 355 x 32 m), los delanteros miden más: 380 x 34 mm. Hay una opción de frenos cerámicos aún mayores (380 x 36 mm), con pinzas de seis pistones.
Las modificaciones externas de la carrocería son principalmente aerodinámicas: la forma del faldón delantero, los retrovisores, los limpiaparabrisas, las entradas frontales de aire (la derecha está prácticamente cerrada) y un difusor trasero. Hay cambios decorativos, como la forma de los pilotos. Existe la opción de que el capó del motor sea transparente.
Los asientos son distintos, más envolventes según Lamborghini y con un reposacabezas incorporado. La tapicería y los paneles interiores también son distintos, y también cambian cosas como la tipografía de la instrumentación, la iluminación o el equipo de sonido.