Le Streetfighter V4 est équipé du Desmosedici Stradale de 1103 cm3 : un V4 à 90° (tourné de 42° vers l'arrière) avec une distribution Desmodromique dérivée du MotoGP, unique en termes de vilebrequin contre-rotatif et d'ordre d'allumage « Twin Pulse ». 

Pour Ducati, le V4 à 90° est l'expression ultime de l'attitude sportive pour un moteur de moto. Ce n'est donc pas une coïncidence si les moteurs Desmosedici de MotoGP adoptent la même solution. 

La disposition des cylindres en V à 90° permet un équilibre naturel des forces de premier ordre, sans avoir besoin d'un arbre d'équilibrage - avec une augmentation du poids et de l'absorption de puissance - pour éliminer les vibrations. Un avantage très important en termes de fiabilité et d'efficacité mécanique d'un moteur qui atteint des régimes supérieurs à 14 000 tr/min.

Pour la première fois, le Streetfighter V4 utilise des corps de papillon à longueur variable, les mêmes que ceux de la Panigale V4. Ils contribuent à augmenter la puissance et à assurer une réponse rapide. 

Bien qu'il soit conforme à la stricte norme Euro 5+, le moteur Desmosedici Stradale affiche une augmentation significative de la puissance maximale de 6 ch. Ceci est dû au système d'admission variable (VIS), vu pour la première fois sur le Streetfighter V4, ainsi qu'à de nouveaux arbres à cames à plus grande levée. L'utilisation de composants plus légers a permis de réduire le poids du moteur de 1 kg.

Le Desmosedici Stradale Euro 5+ délivre une puissance maximale de 214 ch à 13 500 tr/min et un couple de 120 Nm à 11 250 tr/min.

Pour conserver le style unique des silencieux sous le moteur, le système d'échappement, en configuration 4-2-1-2, a été redessiné au niveau des collecteurs et des silencieux.

Le développement du moteur a également permis de réduire les émissions (CO2 165 g/km) et la consommation (7,1 l/100 km).

Le Desmosedici Stradale est conçu autour du système Desmodromique, essentiel en termes de performances. Les quatre arbres à cames actionnent les seize soupapes en acier, les soupapes d'admission mesurant 34 mm de diamètre et les soupapes d'échappement 27,5 mm, des valeurs impressionnantes par rapport à l'alésage de 81 mm. Les sièges des soupapes sont en acier fritté. Compte tenu des régimes élevés du V4 et de la taille importante des soupapes, celles-ci ne pourraient pas suivre les profils agressifs de fermeture des cames si un système de ressorts était utilisé. C'est pourquoi le système Desmodromique est indispensable.

Comme sur les prototypes de MotoGP, le vilebrequin est contre-rotatif, c'est-à-dire qu'il tourne dans le sens inverse des roues, afin de compenser l'effet gyroscopique et d'assurer maniabilité et agilité dans les changements de direction, ainsi que de réduire la tendance au cabrage lors des accélérations et des freinages. 

Les manetons décalés de 70° combinés à la disposition en V à 90° du moteur donnent lieu à un ordre d'allumage que Ducati appelle « Twin Pulse », car c'est comme si le moteur reproduisait la séquence d'allumage d'un bicylindre. La particularité réside dans le fait que les deux cylindres de gauche s'allument de manière rapprochée, tout comme les deux cylindres de droite. Sur le diagramme de distribution, les points d'allumage sont situés à 0°, 90°, 290° et 380°. Cet ordre d'allumage particulier confère au V4 une sonorité très proche de celle de la Desmosedici de MotoGP.

En ce qui concerne la puissance maximale, les nouveaux arbres à cames ont une levée plus élevée (+ 0,75 mm pour la came d'admission et + 0,45 mm pour la came d'échappement) et sont également plus légers grâce à des trous d'allègement plus grands et à des roues d'entraînement dentées plus étroites. Les longueurs des conduits d'admission à hauteur variable ont été modifiées pour adapter l'admission aux nouvelles levées ; la configuration à conduit long est augmentée de 5 mm, tandis que la configuration à conduit court est réduite de 10 mm.

Par rapport à la Panigale V4, la transmission finale a été raccourcie - 15/42 contre 16/41 - pour assurer plus de couple à la roue et une réponse immédiate à l'accélérateur.

Le système de refroidissement a été repensé pour garantir des performances constantes, même à des températures très élevées ou lors d'une utilisation extrême sur piste. La surface de refroidissement effective du radiateur d'eau a été augmentée de 17 %, tandis que le radiateur d'huile bénéficie d'un schéma de circulation d'eau à double flux, plus efficace et conçu pour la course. 

Pour obtenir encore plus de puissance et utiliser la moto sur circuit, il est possible d'installer un échappement en titane non homologué Akrapovič, qui augmente la puissance maximale à 226 ch et réduit le poids de 6,6 kg.

Un double silencieux non homologué sous le moteur est également disponible, ainsi qu'un échappement en titane avec embouts en fibre de carbone, homologué par Akrapovič.