La Streetfighter V4 monta la Desmosedici Stradale de 1103 cc: el V4 de 90° (girado 42° hacia atrás) con distribución Desmodromic derivada de MotoGP, única por su cigüeñal contrarrotante y su orden de encendido «Twin Pulse». 

Para Ducati, el V4 a 90° es la máxima expresión de actitud deportiva para un motor de motocicleta. No es casualidad que los motores Desmosedici de MotoGP adopten la misma solución. 

La disposición en V a 90° de los cilindros permite un equilibrio natural de las fuerzas de primer orden, sin necesidad de un contraeje -con un aumento del peso y de la absorción de potencia- para eliminar las vibraciones. Una ventaja muy importante en términos de fiabilidad y eficacia mecánica de un motor que alcanza regímenes superiores a las 14.000 rpm.

La Desmosedici Stradale está diseñada en torno al sistema Desmodromic, esencial en términos de prestaciones. Los cuatro árboles de levas mueven las dieciséis válvulas de acero, las de admisión de 34 mm de diámetro y las de escape de 27,5 mm, valores impresionantes si se relacionan con el diámetro interior de 81 mm. Los asientos de las válvulas son de acero sinterizado. Teniendo en cuenta las altas revoluciones del motor V4 y el importante tamaño de las válvulas, éstas no podrían seguir los agresivos perfiles de cierre de la leva si se utilizara un sistema de muelles. Por eso es indispensable el sistema desmodrómico.

Como en los prototipos de MotoGP, el cigüeñal es contrarrotante, lo que significa que gira en sentido contrario al de las ruedas, para compensar el efecto giroscópico y garantizar la manejabilidad y agilidad en los cambios de dirección, además de reducir la tendencia al wheelie en las aceleraciones y frenadas. 

Las muñequillas del cigüeñal desplazadas 70°, combinadas con la disposición en V a 90° del motor, dan como resultado un orden de encendido que Ducati denomina «Twin Pulse», porque es como si el motor reprodujera la secuencia de encendido de un gemelo. El carácter distintivo reside en el hecho de que los dos cilindros de la izquierda se encienden muy juntos, al igual que los dos de la derecha. En la tabla de tiempos, los puntos de encendido están a 0°, 90°, 290° y 380°. Este particular orden de encendido hace que la V4 suene muy similar a la Desmosedici de MotoGP.

En cuanto a la potencia máxima, los nuevos árboles de levas tienen una mayor elevación (+ 0,75 mm para la leva de admisión y + 0,45 mm para la leva de escape) y también son más ligeros gracias a unos orificios de aligeramiento más grandes y a unas ruedas motrices dentadas más estrechas. Las longitudes de los conductos de admisión de altura variable se han modificado para adaptar la admisión a las nuevas elevaciones; la configuración de conductos largos se ha incrementado en 5 mm, mientras que la configuración de conductos cortos se ha reducido en 10 mm.

El sistema de refrigeración se ha rediseñado para garantizar un rendimiento constante incluso a temperaturas muy altas o durante un uso extremo en pista. El área de refrigeración efectiva del radiador de agua se ha incrementado en un 17%, mientras que el radiador de aceite se beneficia de un diseño de circulación de agua más eficiente, derivado de la competición y de doble flujo. 

Respecto a la Panigale V4, la transmisión final se ha acortado -15/42 frente a 16/41- para garantizar más par a la rueda y una respuesta inmediata del acelerador.

Por primera vez, la Streetfighter V4 utiliza cuerpos de mariposa con embudos de longitud variable, los mismos que la Panigale V4. Estos contribuyen a aumentar la potencia y garantizan una respuesta rápida.