El motor del LS es un ocho cilindros en V a 90º, con bloque y culatas de aluminio y medidas 94,0 x 83,0 mm, que dan 4.608 cm³. La relación de compresión es 11,8 a 1. Su potencia máxima es 381 CV a 6.400 rpm. El par máximo es extraordinariamente alto para ser un motor de gasolina atmosférico: 493 Nm a 4.100 rpm (107 Nm por litro de cilindrada).
Hay dos inyectores por cilindro, uno en la cámara y otro en el colector; por tanto, es un motor con inyección directa siempre e indirecta a veces (más información sobre las fases de funcionamiento).
Tiene cuatro válvulas por cilindro y dos árboles de levas en cada culata, movidos por cadena, y un sistema de distribución variable VVT-i muy innovador. En el árbol de levas de admisión, hay un motor eléctrico para ajustar la fase, en vez del sistema hidráulico que llevan todos los variadores de fase.
La ventaja del sistema eléctrico (VVT-iE, Variable Valve Timing intelligent Electric) es que puede funcionar cuando el hidráulico no puede hacerlo: con el motor frío y a un régimen inferior a 1.000 rpm. Según Lexus, este sistema puede funcionar sea cual sea el régimen y la temperatura del motor, con una velocidad de 50 grados por segundo cuando retrasa y de 150 grados por segundo cuando avanza.
El sistema de admisión es variable en dos fases, que varía la longitud del recorrido que hace el aire en el colector mediante un dispositivo eléctrico.
El sistema de refrigeración conduce el agua primeramente la parte del escape de las culatas y después al bloque, para que el calentamiento sea más uniforme.
La caja de cambios tiene ocho velocidades hacia delante y una hacia atrás. Pese a ello, tiene unas dimensiones semejantes a la anterior caja de cambios de seis velocidades que tenía Lexus en el LS. Según Lexus, es un 41 por ciento más rápida que esa caja.
La apertura de la caja (relación entre la marcha más larga y la más corta) es 5,6; es mayor que la ZF de seis velocidades que tienen el Audi A8 4.2 o el BMW 750i, y semejante a la de Mercedes-Benz que lleva el S 500. La séptima velocidad del LS 460 es equivalente a la sexta de los dos primero modelos citados; con relación a esos modelos, el LS tiene relaciones más cerradas hasta la séptima y, además, una marcha de desahogo.
El S 500 tiene una caja aún más abierta que la del LS 460 (6,0); por tanto, los saltos entre marcha son mayores. La principal diferencia es el salto entre tercera y cuarta, que en el Lexus es más cerrado: 1,3 contra 1, 4 (cuanto más abierto sea el salto, más cae el régimen del motor al cambiar a una marcha superior).
La suspensión tiene muelles neumáticos con altura variable y amortiguadores de dureza variable. La altura se puede variar en dos niveles: uno para todas las condiciones y uno más elevado que puede ser útil para facilitar el acceso o encarar una rampa muy inclinada, por ejemplo. La variación de dureza de los amortiguadores tiene tres programas (normal, comfort y sport); el sistema de control puede intervenir en los amortiguadores independientemente para reducir los movimientos de carrocería (balanceo y cabeceo).
Tiene una suspensión de paralelogramo deformable en los dos ejes. En el delantero tiene dos pares de brazos independientes superpuestos, con un diseño semejante al del Audi A8. Detrás tiene cinco brazos entre transversales y oblicuos, como el Mercedes-Benz Clase S.
La dirección tiene un sistema de desmultiplicación variable. La relación de la dirección va desde 11,6 a 16,6, si lleva llantas de 18" (con llantas de 19", de 11,7 a 16,7). Las vueltas de volante entre topes van desde 2,5 cuando el coche está parado, a 3,6 a velocidad alta. Llama la atención lo bien que maniobra el LS 460; el diámetro de giro entre aceras es sólo 10,8 m (con llantas de 18").
La asistencia de la dirección la hace un motor eléctrico de 46 V (se modifica la tensión de la instalación eléctrica). Este motor es también el que induce el giro del volante en funciones como la asistencia en maniobras de emergencia o la alerta por cambio involuntario de carril.
Los frenos son electrohidráulicos (como los del Toyota Prius). Aunque hay una conexión hidráulica entre el pedal y los frenos (que funcionaría en caso de avería del sistema), lo que el conductor hace cuando pisa el pedal es dar una señal que el sistema evalúa, para aplicar la presión de frenado adecuada. Lleva discos de 357 mm delante y de 335 mm detrás; las pinzas son monobloque en los dos ejes, de cuatro pistones delante y dos detrás.
Como ocurre desde la primera generación de este modelo, la resistencia aerodinámica es muy baja. El LS 400 de 1989 tenía 0,29 de coeficiente Cx, el nuevo LS 460 tiene 0,26.