Motor/Kraftübertragung
Der 59,8 kg schwere Vierzylinder-Reihenmotor hat einen Hubraum von 999 cm³ und eine konventionelle Kurbelwelle mit 180° Hubzapfenversatz. Im Gegensatz zu vergleichbaren Motoren anderer Hersteller werden die 16 Ventile (33,5 mm Einlass- und 27,2 mm Auslassventile aus Titan) im Zylinderkopf nicht über Tassenstößel, sondern über extrem kleine, kohlenstoffbeschichtete Schlepphebel betätigt, die laut BMW wesentlich geringere Massenkräfte gegenüber Tassenstößeln aufweisen. Damit können grundsätzlich höhere Drehzahlen und schärfere Steuerzeiten bei geringeren Reibungsverlusten und besserer Füllung verwirklicht werden. Laut BMW soll dies Drehzahlen über 14.000/min ermöglichen. Die vier Zylinder haben eine Bohrung von Ø 80 mm Durchmesser, die Kolben einen Hub von 49,7 mm bei einem Verdichtungsverhältnis von 13,0:1.
Die Motorsteuerung ist in vier Modi (Rain, Sport, Race, Slick) einstellbar und steuert die längenvariablen Ansaugrohre und die optionale Traktionskontrolle. Beim Rain-Modus wird die maximale Leistung auf 110 kW (150 PS) reduziert (163 PS ab Modell 2012) , der Slick-Modus wird erst nach Einsetzen eines Kodiersteckers (Aktivierungssperre) freigeschaltet.
Die Kraft wird über eine Mehrscheiben-Ölbadkupplung mit Anti-Hopping-Funktion, ein 6-Gang-Getriebe und eine Dichtring-Kette auf das Hinterrad übertragen.
Bei einem Prüfstandtest leistete eine zulassungsfähige Serienmaschine 147 kW (200 PS) bei 12.400 min−1, das maximale Drehmoment betrug 123 Nm bei 9400 min−1. Gegenüber der Konkurrenz hatte der Motor im Jahre 2009 eine Mehrleistung von ca. 14,7 kW (20 PS).
Fahrwerk
BMW verzichtet bei der S 1000 RR auf hauseigene Technikmerkmale wie Telelever-Vorderradführung und Kardanantrieb mit Paralever. Stattdessen ist das Motorrad mit Leichtmetall-Brückenrahmen, Upside-down-Gabel und Zweiarmschwinge mit indirekt angelenktem Monofederbein klassenüblich ausgestattet. Der Lenkkopfwinkel beträgt 66,1°, der Nachlauf hat einen Abstand von 95,9 mm.
Das Fahrzeug wird wahlweise mit einem einstellbaren, nur ca. 2,5 kg schweren Antiblockiersystem und einer Traktionskontrolle angeboten. Das Trockengewicht beträgt 178 kg.
Kraftstoffversorgung
Der Kraftstofftank fasst 17,5 Liter, davon sind vier Liter Reserve. Der Hersteller empfiehlt die Verwendung von bleifreiem Benzin mit einer Klopffestigkeit von mindestens 95 Oktan.
Konkurrenzmodelle mit vergleichbarer Fahrzeugcharakteristik sind die Ducati 1199 Panigale, Honda Fireblade, Kawasaki Ninja ZX-10R, KTM 1190 RC8, Suzuki GSX-R1000, Yamaha YZF-R1 und die Aprilia RSV4.
Einsatz im Rennsport
Seit der Saison 2009 engagiert sich BMW mit der S 1000 RR SBK werksseitig in der Superbike-Weltmeisterschaft. Die Werkseinsätze wurden vom Rosenheimer Team alpha Racing geleitet. Das Semi-Werksteam alpha Technik-Van Zon-BMW fährt seit der Saison 2009 mit vier Fahrern in der IDM Superbike. 2013 zog das Werks-Team nach Mailand um und beendete im selben Jahr den werksseitigen Superbike-Einsatz.
Im Superbike-TT-Rennen auf der Isle of Man errang Michael Dunlop am 31. Mai 2014 auf BMW S 1000 RR den ersten TT-Sieg für BMW nach 75 Jahren. Im Ziel hatte er nach sechs Runden auf dem Snaefell Mountain Course 20,5 Sekunden Vorsprung auf den Zweitplatzierten Guy Martin (Suzuki). Letzter Sieger vor Dunlop für die Münchner war „Schorsch“ Meier 1939 auf BMW 255 Kompressor gewesen.