Las principales novedades del vehículo se resguardan bajo la luneta trasera, que expone generosamente el poderoso motor V10 de 5.2 litros. El nuevo propulsor atmosférico desarrollado por Audi combina la lubricación por cárter seco con la inyección directa de gasolina FSI para entregar unas cifras de 525 CV a 8.000 rpm, 530 Nm de par a 6.500 rpm y una relación peso/potencia de 3,09 kg por CV. De los 1.620 kg totales del vehículo -por 1.560 kg del Audi R8 4.2 FSI- 258 kg corresponden al propulsor -31 kg más que el V8 que montaba hasta ahora. Las prestaciones del Audi R8 5.2 V10 se completan con una aceleración de 0 a 100 km/h en 3,9 segundos (4,6 s en la versión V8) y una velocidad máxima de 316 km/h.
El propulsor del Audi R8 5.2 FSI quattro va asociado de serie a una transmisión manual de seis velocidades, mientras que para disfrutar del cambio secuencial R Tronic hará falta desembolsar un extra de 8.100 euros. Los responsables de Audi aseguran que la configuración general del vehículo se ha orientado a conseguir el máximo rendimiento en mayor medida que en el Audi R8 4.2 FSI de 8 cilindros. El coche también incorpora de serie el sistema de suspensión Audi Magnetic Ride, que adapta las características del esquema al perfil de la calzada y al estilo de conducción en milisegundos, y opcionalmente podrá montar un sistema de frenos cerámicos, con un sobreprecio de 11.200 euros.Exteriormente, las modificaciones introducidas respecto a la versión de 8 cilindros son mínimas, pero apreciables. Afectan principalmente a las tomas de aire frontales y a las salidas de aire traseras, cuyo diseño se ha simplificado y se ha pintado de un negro brillante. Los perfiles de la parrilla frontal presentan una terminación cromada, y los faldones laterales son algo más anchos y prominentes. Otro de los rasgos distintivos del Audi R8 5.2 V10 quattro son los grupos ópticos con tecnología LED y las llantas de 19 pulgadas con diez brazos en forma de Y, que también forman parte del equipamiento de serie del exclusivo modelo.
A pesar de que el equipamiento básico está destinado a contentar los perfiles más exigentes, existen numerosas posibilidades de personalización y una larga lista de opciones, desde los paquetes con terminación interior lacada en negro o carbono hasta un kit de maletas fabricadas a medida por Quattro GmbH. El capó delantero dispone de 100 litros de capacidad, más otros 90 litros tras los asientos.A partir del segundo trimestre de 2009 la marca de Ingolstadt iniciará la comercialización en España del Audi R8 5.2 FSI quattro con un precio de 157.900 euros, 166.000 euros si se opta por el cambio R Tronic.