El motor es un 2.0 16V Turbo (F4Rt) similar al utilizado en los Renault Laguna, Vel Satis y Espace, pero con cambios que incrementan la potencia (de 163 hasta 224 CV) y el par (de 270 a 300 Nm).
La presión máxima absoluta se ha elevado hasta 2,0 bar (1,6 bar en el motor de 163 CV). Como el turbocompresor de la versión de 163 CV, tiene doble entrada de gas de escape (imagen) y unos álabes de la turbina con distinta forma que en las otras versiones de este motor (más información sobre el turbocompresor de doble entrada).
Junto con este aumento de presión de alimentación, hay modificaciones en los inyectores, en el bloque (recubierto de grafito), tiene un cigüeñal más resistente y los cambios necesarios en el control electrónico.
Este motor, desarrollado conjuntamente por Renault Sport Tecnologies y la división de Ingeniería Mecánica de Renault, alcanza 224 CV a 5.500 rpm y un par máximo de 300 Nm a 3.000 vueltas. La marca afirma que el 90 por ciento del valor de par está disponible entre 2.000 y 6.000 rpm.
Está acoplado a una caja de cambios manual de seis marchas desarrollada por Nissan y estrenada por vez primera en los Mégane berlina 3 y 5 puertas. En la caja de la versión Renault Sport se han adaptado los desarrollos del cambio a las características del motor. De momento no se está trabajando en un cambio manual de tipo secuencial similar al que pueden llevar el Alfa 147 GTA Selespeed, Audi A3 3.2 DSG o Volkswagen Golf 3.2 R32 DSG.
Los frenos delanteros son ventilados, miden 312 mm de diámetro y 28 mm de espesor, y llevan pinzas Brembo monobloque de cuatro pistones fabricadas en alumino. En las ruedas traseras tiene discos macizos de 300 x 11 mm. Lleva de serie un ABS Bosch 8.0 con repartidor electrónico de frenada (EBV) y servofreno de emergencia. Renault anuncia que es capaz de frenar desde 100 km/h en 36 m. Dicho equipo Bosch 8.0 también integra el control de tracción (ASR) y control de estabilidad (ESP) de segunda generación, que resulta más eficaz en subviraje que los controles de estabilidad anteriores.
Dichos sistemas han sido calibrados en el Mégane RS para aprovechar al máximo sus cualidades dinámicas sin perder el tacto «deportivo». El control de tracción es desconectable desde el interior, pero se activa de nuevo automáticamente en cuanto superamos 50 km/h. El ESP no es desconectable en ninguna circunstancia.
La dirección eléctrica tiene asistencia variable en función de la velocidad y resulta más precisa que la de los otros Mégane. Tiene 2,75 vueltas entre topes (3,2 vueltas en el resto de los Mégane) y un radio de giro de 10,35 m entre bordillos.