Vadonatúj vázszerkezet, átdolgozott erőforrások, friss kezelőfelület: az Audi R8 második generációja nem szakít a sikeres előd értékeivel, inkább a természetes evolúció következő lépcsőjének tekinthető.
A szénszálas kompozit anyagokból és alumíniumból szerkesztett, mindössze 200 kilós térváznak (-15% tömeg, +40% torziós merevség). valamint az egyéb tömegcsökkentő megoldásoknak köszönhetően a modell akár 50 kilóval könnyebb az előző típusnál; ehhez járul az alapkivitelében 15 lóerővel (525 helyett 540 LE), az R8 V10 Plus sportverzióban 60 lóerővel (550 helyett 610 LE) megnövelt motorteljesítmény. 
Előbbi 3,5, utóbbi  3,2 másodperc alatt éri el a 100 km/órát,a végsebesség 323, illetve 330 km/óra. Az R8 V10 tehát gyorsabb, mint az előző generációs V10 Plus: az 3,8 másodperc alatt volt százon, végsebessége 319 km/óra volt. 

Az új fejlesztésű kagylóülések alapárasak a V10 Plus modellnél. A digitális műszerfal funkciói a kormányról válthatók.

A Győrött, kézzel készülő motor különlegessége, hogy a közvetlen befecskendezést szívótorok-befecskendezéssel kombinálja, részterhelésen pedig soros öthengeres üzemben fut a motor. Emellett új a start-stop rendszer, így nem csoda, hogy míg az előd 14,9 litert fogyasztott 100 kilométeren, az új modellnél ez az érték 11,8, illetve 12,4 liter/100 km.
 
A mélyen beépített motorhoz gyorsan kapcsoló, hétfokozatú váltó társul, amely három automata üzemmód mellett kézzel is váltható, sőt, rajtautomatikája is van. A váltó 55 km/óra felett képes a szabadonfutásra; ez további üzemanyag-megtakarítást eredményez.
Az első tengely a régebbi viszkókuplung helyett egy elektrohidraulikusan vezérelt tengelykapcsolón keresztül kapja a nyomatékot, a variálható vezérlésű rendszerben bármely tengelyre a teljes hajtóerő 0-100 százaléka juthat.

A V10 modell hátsó légterelőjét motor mozgatja fel-le, a V10 Plus szénszálas szárnya rögzített kivitelű.

A futómű elöl és hátul egyaránt kettős keresztlengőkaros konstrukció, az adaptív lengéscsillapítás feláras. A kormány elektromechanikus szervója új fejlesztés, de kérhető változó áttételezésű kormánymű is. A Drive Select üzemmód-váltó alapfelszerelés, opcióként (a V10 Plus modellhez szériában) sport üzemmódgomb is jár, ami a kormányon elhelyezett gombról indítható, és külön pályaprogramot kínál száraz, vizes vagy havas aszfaltra.