Η Panigale V4 διαθέτει τον Desmosedici Stradale 1103 cc: τον V4 90° (στραμμένος προς τα πίσω κατά 42°) με Desmodromic χρονισμό που προέρχεται από το MotoGP, μοναδικός όσον αφορά τον αντίθετα περιστρεφόμενο στροφαλοφόρο άξονα και τη σειρά έναυσης "διπλού παλμού - Twin Pulse".

Οι ακίδες του στρόφαλου που έχουν μετατοπιστεί κατά 70° σε συνδυασμό με τη διάταξη 90° V του κινητήρα έχουν ως αποτέλεσμα μια σειρά πυροδότησης που η Ducati ονομάζει "Twin Pulse", επειδή είναι σαν να αναπαράγει ο κινητήρας την ακολουθία έναυσης ενός δικύλινδρου κινητήρα. Η ιδιαιτερότητα έγκειται στο γεγονός ότι οι δύο αριστεροί κύλινδροι πυροδοτούνται στενά μεταξύ τους, όπως και οι δύο δεξιοί. Στο διάγραμμα χρονισμού, τα σημεία ανάφλεξης είναι στις 0°, 90°, 290° και 380°. Αυτή η συγκεκριμένη σειρά έναυσης κάνει τον V4 να ακούγεται πολύ παρόμοιος με τον MotoGP Desmosedici.

Ο Desmosedici Stradale έχει σχεδιαστεί γύρω από το σύστημα Desmodromic, μοναδικό από την άποψη των επιδόσεων. Οι τέσσερις εκκεντροφόροι κινούν τις δεκαέξι ατσάλινες βαλβίδες, οι βαλβίδες εισαγωγής διαμέτρου 34 mm και οι βαλβίδες εξαγωγής 27,5 mm, εντυπωσιακές τιμές σε σύγκριση με τη διάμετρο 81 mm. Οι έδρες των βαλβίδων είναι κατασκευασμένες από πυροσυσσωματωμένο χάλυβα. Λαμβάνοντας υπόψη τις υψηλές στροφές του V4 και το σημαντικό μέγεθος των βαλβίδων, αυτές δεν θα μπορούσαν να ακολουθήσουν τα επιθετικά προφίλ κλεισίματος του έκκεντρου εάν χρησιμοποιείτο ένα σύστημα ελατηρίου. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το σύστημα Desmodromic είναι απαραίτητο.

Ο κινητήρας Desmosedici Stradale συμμορφώνεται πλέον με το αυστηρό πρότυπο Euro 5+, καταγράφοντας μια ελαφρά αύξηση της μέγιστης ισχύος που αντιστοιχεί σε 0,5 hp, χάρη στη χρήση ελαφρύτερων εξαρτημάτων που μειώνουν επίσης το βάρος του κινητήρα κατά 1 kg. Ο Desmosedici Stradale Euro 5+ αποδίδει μέγιστη ισχύ 216 ίππων στις 13.500 rpm και ροπή 120,9 Nm στις 11.250 rpm.

Για να διατηρηθεί το μοναδικό στιλ των σιγαστηρίων κάτω από τον κινητήρα, το σύστημα εξάτμισης, σε διαμόρφωση 4-2-1-2, έχει επανασχεδιαστεί τόσο από πλευράς πολλαπλών όσο και σιγαστήρα. Οι εργασίες ανάπτυξης του κινητήρα έχουν επίσης βοηθήσει στη μείωση του επιπέδου των εκπομπών (CO2 151 g/km) και της κατανάλωσης (6,5 l/100km).

Για τη Ducati, ο 90° V4 είναι η απόλυτη έκφραση σπορ συμπεριφοράς για έναν κινητήρα μοτοσυκλέτας. Δεν είναι τυχαίο λοιπόν ότι οι κινητήρες MotoGP Desmosedici υιοθετούν την ίδια λύση. Η διάταξη σε σχήμα V 90° των κυλίνδρων δημιουργεί μια φυσική ισορροπία των πρωτευουσών δυνάμεων, χωρίς την ανάγκη για αντίστροφο άξονα για την εξάλειψη των κραδασμών, οι οποίες θα μπορούσαν να επηρεάσουν αρνητικά το βάρος και την απορρόφηση ισχύος. Ένα εξαιρετικά σημαντικό πλεονέκτημα όσον αφορά την αξιοπιστία και τη μηχανική απόδοση ενός κινητήρα που φτάνει σε στροφές κινητήρα άνω των 14.000 σ.α.λ.

Το σύστημα ψύξης έχει επανασχεδιαστεί για να εγγυάται σταθερή απόδοση ακόμη και σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες ή ακραία χρήση στην πίστα. Η αποτελεσματική περιοχή ψύξης του ψυγείου νερού έχει αυξηθεί κατά 17%, ενώ το ψυγείο λαδιού επωφελείται από μια πιο αποτελεσματική διάταξη κυκλοφορίας νερού που προέρχεται από τους αγώνες, η οποία είναι διπλής ροής. Τα νέα ψυγεία αυξάνουν την ψύξη της μάζας αέρα κατά 19% για το ψυγείο λαδιού και 9% για το ψυγείο νερού.

Όπως και στα πρωτότυπα MotoGP, ο στροφαλοφόρος άξονας περιστρέφεται αντίθετα, πράγμα που σημαίνει ότι περιστρέφεται προς την αντίθετη κατεύθυνση από τους τροχούς, για να αντισταθμίσει το γυροσκοπικό αποτέλεσμα και να εξασφαλίσει χειρισμό και ευελιξία στις αλλαγές κατεύθυνσης, καθώς και να μειώσει την τάση προς σούζα, κατά την επιτάχυνση και την υπερστροφή κατά το φρενάρισμα.

Όσον αφορά τη μέγιστη ισχύ, οι νέοι εκκεντροφόροι έχουν υψηλότερη ανύψωση (+ 0,75 mm για το έκκεντρο εισαγωγής και + 0,45 mm για το έκκεντρο εξαγωγής) και είναι επίσης ελαφρύτεροι χάρη στις μεγαλύτερες οπές ελάφρυνσης και τα στενότερα οδοντωτά γρανάζια. Τα μήκη των αγωγών εισαγωγής μεταβλητού ύψους έχουν τροποποιηθεί ώστε να ταιριάζουν την εισαγωγή με τις ανυψώσεις. Η διαμόρφωση του μακριού αεραγωγού έχει αυξηθεί κατά 5 mm, ενώ η διαμόρφωση του κοντού αεραγωγού έχει μειωθεί κατά 10 mm.