Sercem motocykla jest jednostka Desmosedici Stradale o pojemności 1103 cm3, która wywodzi się z MotoGP. Czterocylindrowy silnik z przeciwbieżnym wałem korbowym zapewnia duży moment obrotowy już przy niskich obrotach. Został jeszcze bardziej udoskonalony technicznie i otrzymał dedykowane mapowanie, co umożliwiło zwiększenie mocy i przyspieszyło reakcję przepustnicy. Desmosedici Stradale w wersji Euro 5 dostarcza maksymalną moc 215,5 KM przy 13 000 obr./min. Ducati opracowało też krzywe momentu obrotowego dla poszczególnych biegów oraz cztery różne tryby mocy (Full, High, Medium i Low).

Aluminiowa rama przednia wykorzystuje Desmosedici Stradale jako element nośny, a wahacz z odlewanego aluminium jest bezpośrednio połączony z silnikiem. Oś wahacza została ustawiona w taki sposób, aby zminimalizować efekt opadania tyłu podczas wychodzenia z zakrętów i ponownego otwierania przepustnicy, stabilizując w ten sposób motocykl przy nabieraniu prędkości.

Układ zawieszenia obejmuje elektronicznie sterowany widelec Öhlins NPX25/30 o skoku 125 mm, który wykorzystuje system tłumienia wywodzący się z wyścigów. W połączeniu z tylnym amortyzatorem Öhlins TTX36 i elektronicznym amortyzatorem skrętu Öhlins, tworzy system Smart EC 2.0 i pozwala na bardziej intuicyjne zarządzanie ustawieniami niż tradycyjne systemy.

W Panigale V4 SP2 jeszcze mocniej widoczne jest powiązanie z motocyklami, które ścigają się w Mistrzostwach Świata Superbike. Lżejsza układ przeniesienia napędu z łańcuchem 520 czy suche sprzęgło STM-EVO SBK gwarantują niezwykłą efektywność na torze, zwłaszcza podczas jazdy do granic możliwości. Antyhoppingowe sprzęgło oferuje również możliwość dostosowania poziomu hamowania silnikiem poprzez wybór innej sprężyny spośród części akcesoryjnych Ducati Performance. 

Zorientowana na maksymalną dynamikę wersja SP2 została wyposażona w pięcioramienne felgi z włókna węglowego, które są o 1,4 kg lżejsze niż koła z kutego aluminium Panigale V4 S. Karbonowe obręcze gwarantują znaczną redukcję bezwładności (-26% z przodu i -46% z tyłu), z korzyścią dla zwinności i łatwości zmiany kierunku.