Si algo caracteriza a las nuevas F 800 es su motor, un desarrollo innovador llevado a cabo conjuntamente por BMW Motorrad y Bombardier-Rotax. Se trata de un propulsor de dos cilindros paralelos refrigerado por agua, con culata de cuatro válvulas por cilindro y una capacidad de 798 centímetros cúbicos.Esta mecánica se fabrica en la planta austriaca de Rotas según las especificaciones de BMW, a la que se entrega lista para su montaje en la planta berlinesa de BMW. La potencia nominal de este bicilíndrico es de 85 caballos a 8.000 revoluciones por minuto, con un par motor de 86 Nm a 5.800 rpm. Su característica principal es la compensación de sus masas, que por primera vez en motores de motocicletas fabricados en serie se verifica mediante un sistema consistente en una biela adicional que compensa las fuerzas ocasionadas por las masas en movimiento. De este modo se consigue que el propulsor funciones con muy pocas vibraciones. Es, por otro lado, un motor respetuoso con el medio ambiente al estar dotado con un catalizador de tres vías y con un sistema de inyección de aire secundario. Con una potencia nominal es de 62,5 kW/85 CV a 8.000 r.p.m. y a 5.800 r.p.m., entrega un par de 86 Nm al cigüeñal de cojinetes deslizantes. La compensación de las masas del motor de dos cilindros paralelos está a cargo de un sistema hasta ahora desconocido en motores de motocicletas fabricados en serie: una biela adicional compensa las fuerzas de primer y segundo orden ocasionadas por las masas en movimiento, consiguiendo que el propulsor funcione con muy pocas vibraciones. El modelo S es capaz de acelerar en apenas 3,5 segundos de 0 a 100 km/h y, además, brilla por su gran elasticidad. A altas velocidades, saca a relucir las cualidades de su carenado esbelto y optimizado aerodinámicamente. El dinamismo de la moto también se explica por su bajo peso en seco, de apenas 182 kilogramos. En orden de marcha y con el depósito lleno, pesa solamente 204 kilogramos. El modelo ST únicamente pesa 5 kilogramos más. Estos resultados se consiguieron mediante la profusa utilización de materiales ligeros. Estando aparcada es evidente que se trata de una moto ligera al ver el rígido bastidor de aluminio y el bello monobrazo basculante, también de aluminio.