Nell'innovativo motore Superquadro (così chiamato per il rapporto esasperato tra alesaggio e corsa corta), la potenza è stata incrementata fino a 195 CV, mentre la coppia è stata portata a 13.5 kgm e, grazie ai Riding Mode a disposizione del pilota, sarà possibile dosarne l'erogazione in base a stile e condizioni di guida. Il motore è stato costruito (finalmente) in maniera tale da consentire una drastica riduzione del peso complessivo del veicolo aumentando inoltre gli intervalli di manutenzione portandoli a 24.000 km.
Il motore è stato pensato come elemento strutturale del telaio. I cilindri, sempre disposti a 90° l'uno rispetto all'altro, sono stati ruotati all'indietro di altri 6° intorno ai carter del motore, fino ad ottenere un angolo di 21° tra il cilindro anteriore e il piano orizzontale. Ciò ha consentito di collocare il motore più avanti di 32 mm, per migliorare la distribuzione dei pesi tra l'anteriore e il posteriore ed ottenere il perfetto posizionamento dei punti d'attacco delle teste nel telaio monoscocca del 1199 Panigale.
I carter del motore, ottenuti per pressofusione sottovuoto grazie alla tecnologia Vacural sono modellati in maniera tale da incorporare la camicia d'acqua attorno alle canne del cilindro. Il motore Superquadro è dotato di canne umide riportate in alluminio con rivestimento nicasil, inserite nei fori di alloggiamento del basamento durante le fasi iniziali di montaggio. Questa progettazione consente di fissare la testa direttamente sul carter, coniugando le necessità di rigidezza della struttura del motore con un vantaggio in termini di compattezza dimensionale dello stesso. I coperchi frizione, quelli delle teste e la coppa olio sono tutti ottenuti per fusione in lega di magnesio.
Gli ingegneri di Ducati e Ducati Corse hanno incrementato la velocità del motore e ne hanno migliorato la fluidodinamica grazie ad un alesaggio e corsa da 112 mm x 60.8 mm. Uno studio approfondito condotto su potenza e guidabilità ha permesso di raggiungere un'erogazione da 195 CV a 10.750 giri/min e una coppia da 13.5 kgm a 9.000 giri/min. La maggior superficie del pistone consente una maggiorazione dei diametri delle valvole. Se comparate al motore 1198 Testastretta Evoluzione, le valvole di aspirazione (in titanio) sono state infatti portate da 43.5 a 46.8mm e quelle di scarico da 34.5 a 38.2mm. Le nuove valvole sono comandate da bilancieri di derivazione sportiva, 'superfiniti' per ridurre l’attrito e aumentare la resistenza a fatica e rivestiti con un coating speciale (PLC) originariamente messo a punto per applicazioni aerospaziali.
La distribuzione rimane di tipo Desmodromico, ma cambia il tipo di comando. Spariscono infatti le celebri cinghie per lasciar spazio ad una configurazione mista a catena e ingranaggi. Una soluzione che garantisce affidabilità costante e riduzione dei costi di manutenzione ordinaria.
I nuovi corpi farfallati di sezione ovale, rispetto al motore 1198 Testastretta Evoluzione sono stati portati da un diametro equivalente di 63.9 fino a 67.5 mm. I corpi farfallati vengono comandati mediante un sistema full Ride-by-Wire in modo indipendente uno dall’altro e sono dotati di 2 iniettori ciascuno: il primo disposto sotto la farfalla e destinato ad alimentare il motore nelle condizioni di utilizzo a basso carico, il secondo, disposto sopra la farfalla, viene attivato quando al motore si richiede di esprimere le maggiori performance.
Per quanto riguarda infine la trasmissione, gli ingegneri Ducati hanno optato per una frizione antisaltellamento a bagno d'olio, altra novità per una Superbike Ducati al vertice della gamma. La progettazione della frizione, molto simile rispetto ai modelli Multistrada e Diavel, prevede un sistema ad asservimento progressivo che permette di incrementare il carico sui dischi senza penalizzare lo sforzo alla leva richiesto al pilota per il disimpegno della frizione.