排量999mL的高性能并列四缸发动机是唯一能够将最大骑行力度和运动特性在骑行范围内完美结合的解决方案。0.621的特大缸径冲程比是非凡性能的基础。转速达到13000r/min时，额定功率输出为142kW (193 hp)，最大扭矩为 112 Nm。因此，该发动机是1000mL超级运动车系列产品的最佳选择。
发动机自身重量仅有59.8 kg，目前是市场上最轻便的 1000mL四缸发动机。与所有BMW摩托车驱动装置一样，该发动机也以精心设计的整体概念、节约空间的辅助装置布设以及一体化常啮合六速变速箱为基础。
创建正统超级运动型摩托车驱动装置的首要目标在于，让极紧凑的发动机在摩托车重心周围理想地集中质量。尽管大缸径为80 mm，但曲轴高度上的安装宽度只有463mm。宽度达到558mm 时，安装高度也非常小。
汽缸纵轴向前倾斜32°会让前轮重心和重量分布达到最优（超级运动型摩托车不可或缺），以便得到十分精确的骑行感觉并获得最佳的操纵反馈。
S1000RR发动机的曲轴为摩擦轴承上的调质钢锻件，具有传统的180°角布置，点火间隔相同。摩擦轴承上的连杆为重量极轻的调质钢锻件。连杆长度仅有103mm，占发动机空间最少，质量集中度较高，向活塞各侧施加可接受力，保证发动机工作平稳。向连杆纵轴偏移45°后，连杆上的孔可以保证燃油流入活塞销轴承。通过所谓的裂化，将连杆水平分开，无需对准中心也能实现高精度装配。
加入镍硅碳化物后，润滑孔通过极短的隔热槽覆盖80mm直径的轻量级锻造活塞。它们配有两个摩擦性能最好的窄活塞环和三个刮油环。
燃烧室、活塞头以及气门凹槽的扁平化设计可以促进燃烧过程的良好热力学性质，有助于优化活塞头重量。活塞（含活塞销和活塞环）仅有253g的重量，通过冷却活塞头上的高温，曲轴箱专用喷油嘴可以减少热量聚集。甚至在最恶劣的环境下，也能确保正常运行，同时延长了使用寿命。
在曲轴轴高上水平分为两部分的汽缸曲轴箱由高强度铝合金制成。紧凑的重力压铸件顶端部分连同四个汽缸以及 形成高刚性结构。此外，上半部外壳重量较轻，装有紧凑六速变速箱。为了获得最大刚度，设计成带有水套的汽缸体，即所谓的闭舱结构。
这显著提高了性能、特性、燃烧质量以及汽缸盖和VTC的耗油量。四气门汽缸盖的设计考虑了理想的导管几何体、密实度、优化热力学以及有效热量平衡。由于气门角度较小，进气导管呈现出完美的线形设计和燃烧室紧凑的体积，以实现高压缩和高效性。
四缸发动机配有凸轮从动件控制器和双顶置凸轮轴，可以输出最大化功率和扭矩，同时，可以满足刚度、最小移动质量、优化气门横截面正时等要求。同时，通过高紧凑的汽缸盖、发动机呈现出移动气门部件最大刚度和最轻质量的完美组合。在弹簧座盘上安装重量轻、体积小的垫片，填充气门间隙。在进口侧，弹簧盘由重量轻的高性能铝制成。凸轮从动件控制器的移动质量比含气门挺杆的控制器小。由于紧凑的凸轮外形和高度自由的气门横截面，较小的摆动质量增强了气门加速能力。
该系列摩托车设定的速度限值为14,200r/min，而纯机械速度可以达到更高。80 mm的大缸径允许安装最大直径范围内的气门头，以便最大程度地输出功率。进口侧的气门头直径为33.5mm，排气侧直径为27.2mm，这一特性可以最大程度发挥 1000mL发动机超级运动特性的发动机功率。
发动机润滑系统采用内含伊顿泵的湿式油底壳，这是此部分经过反复测试的解决方案。在散热器下方底披覆层使用单独的一体化油冷却器来代替热交换器，以确保流动性达到最佳。油冷器防止多余热量散入冷却剂中，所以安装一个重量更轻、体积更小的散热器，可以相应减少所需冷却剂量。
布设电气辅助元件和相应的驱动装置时，也首先考虑较小的安装宽度和紧凑的设计，但轻量级最为重要。例如，内附永磁铁的三相交流发电机固定在左尾轴上。转速为6000r/min时，输出功率为434 W，最大速度高达 16,000r/min。中间启动电动机位于左侧发动机外壳上半部汽缸的后面，输出功率800 W，重量1050 g。启动电动机通过自由轮耦合，与作为正齿轮的左侧外曲柄臂的减速比为1:24.61。为减轻重量，发电机和启动电动机的左侧盖由轻质镁制成。
喷射过程完全按照顺序进行，即，燃油先送入进气导管，同步完成每个汽缸的进气冲程。为了扭矩曲线更好，发动机采用可变进气歧管的复杂技术。根据发动机转速，伺服电动机会随程序图分两个阶段来改变锥形孔的长度。通过节流阀片和进气管的四个喷射器嘴，供给相应的燃油量，此时获得最佳电量。喷射器嘴可以单独启动，或根据发动机转速和电源要求同时启动。
