Najważniejszym elementem Audi R8 jest oczywiście silnik. Od początku produkcji oferowana jest jednostka napędowa V8 o pojemności 4,2 l, rozwijająca moc 420 KM. Od roku 2008 Audi R8 można nabyć z jednostką napędową V10 zapożyczoną od Lamborghini, o pojemności 5,2 l i mocy 525 KM uzyskiwanej przy 8000 obr./min. Maksymalny moment obrotowy w tym przypadku wynosi 530 Nm. Auto z tym silnikiem przyspiesza do 100 km/h w czasie 3,6 s.