El motor del R8 5.2 FSI quattro es un V10 de 5.204 cm³ y 525 CV. Da la potencia máxima a 8.000 rpm y un par máximo de 530 Nm a 6.500 rpm. El régimen de giro máximo es 8.700 rpm, momento en el que los pistones recorren 26,9 m/s.

Es atmosférico y tiene inyección directa. El sistema de conducto común («common rail») inyecta el carburante en la cámara de combustión a través de las toberas ubicadas en el lateral de la culata a una presión de hasta 120 bar. La relación de compresiónes de 12,5 a 1. La lubricación es por cárter seco.

Las dos bancadas de cinco cilindros forman 90º, en vez de los habituales 72º en un motor de diez cilindros. De esta manera, el motor es menos alto y el centro de gravedad queda más bajo. Las bancadas se encuentran desplazadas entre sí 18,5 mm. El diámetro es 84,5 mm y la carrera 92,8 mm.