Comme tous les moteurs Ducati, sur le Desmosedici Stradale, la conception du système Desmodromique est un facteur clé pour obtenir des performances de pointe. Le système Desmodromique du Desmosedici Stradale utilise des composants qui ont été complètement redessinés et miniaturisés pour obtenir des têtes très compactes, atteignant un niveau de sophistication, de compacité et de légèreté jamais vu auparavant sur une moto Ducati.  

Sur les motos normales, le vilebrequin tourne dans le même sens que les roues. En revanche, en MotoGP, le vilebrequin contre-rotatif tourne dans le sens inverse. Les spécialistes du moteur Ducati ont emprunté cette solution technique aux modèles de course pour les mêmes raisons qu'elle a été appliquée dans le monde de la compétition. En effet, cette solution présente des avantages liés à deux aspects de la physique : l'effet gyroscopique et l'inertie. Le vilebrequin contre-rotatif permet de compenser une partie de l'effet gyroscopique produit par les roues pendant la conduite, ce qui améliore la maniabilité et rend la moto plus agile lors des changements de direction.

Le deuxième avantage est lié à l'inertie (c'est-à-dire la tendance d'un objet à s'opposer à un changement d'état) du véhicule et des pièces rotatives du moteur. Lors de l'accélération, le couple moteur transmis au sol pousse le véhicule, qui réagit en générant une tendance à faire un wheelie. En raison de l'inertie, le vilebrequin en contre-rotation génère un couple en sens inverse, qui tend donc à abaisser le train avant, réduisant ainsi le phénomène de wheeling, ce qui profite également à l'accélération.
De même, en cas de freinage ou de décélération rapide, la moto subit une réaction qui tend à soulever l'arrière, mais le vilebrequin subit également une décélération (réduction du nombre de tours) et cela se traduit par un couple d'inertie en direction opposée qui s'oppose à la force cherchant à soulever l'arrière. Par conséquent, tant en accélération qu'en freinage, l'adoption de l'arbre contre-rotatif apporte des effets positifs.
Il est clair que cette disposition nécessite une roue dentée supplémentaire, dite roue de ralenti, qui est nécessaire pour transférer le mouvement du vilebrequin à la boîte de vitesses et ensuite aux roues afin de fournir la rotation correcte pour le sens de la marche. 

Le décalage de 70° des manetons combiné à la disposition du moteur en V à 90° génère un ordre d'allumage que Ducati a appelé "Twin Pulse", c'est comme si le moteur reproduisait la séquence d'allumage d'un bicylindre. La particularité réside dans l'allumage rapide des deux cylindres du côté gauche, puis du côté droit de la moto. Dans le diagramme de distribution, les allumages sont situés à 0°, 90°, 290° et 380°. Cet ordre d'allumage particulier donne au V4 un son assez proche de celui de la Desmosedici MotoGP.

En pratique, en imaginant un cycle qui commence à 0°, le premier cylindre avant "s'allume", côté générateur, suivi, après seulement 90° de rotation, par le cylindre arrière du même côté. Il y a ensuite un intervalle pendant lequel le moteur ne génère pas de couple moteur jusqu'à ce que les deux cylindres du côté de l'embrayage s'allument à 90° l'un de l'autre.

L'ordre d'allumage "Twin Pulse", en plus de produire un son d'échappement unique, différent de celui de toute autre moto, musique aux oreilles d'un vrai passionné, génère un type de puissance qui a été jugé le meilleur par les pilotes Ducati MotoGP, car il génère des avantages importants au niveau de la puissance et donc de la maniabilité de la moto, en particulier dans les virages et en sortie de courbe. 

Chaque corps de papillon comporte deux injecteurs : un injecteur sous le papillon pour les faibles charges et un autre au-dessus qui entre en jeu lorsque les performances maximales du moteur sont requises. Les corps de papillon de chaque rangée de cylindres sont actionnés par un moteur électrique dédié. Grâce au système Ride by Wire complet, cela permet des stratégies de contrôle électronique complexes et une modulation de la « sensation » du moteur en fonction du mode de conduite sélectionné.

La collaboration avec Ducati Corse a permis de réaliser un moteur compact, léger et performant. Avec un poids de 64,5 kg, le Desmosedici Stradale n'est que 2 kg plus lourd que le Superquadro bicylindre de 1 285 cc. 

Les pistons d'un diamètre de 81 mm tournent dans les fûts des cylindres, avec deux segments de piston à faible frottement, plus un segment racleur d'huile. Ils sont moulés en aluminium et utilisent la technologie "box in box" qui permet de contenir la hauteur de la jupe et l'épaisseur sous la couronne du piston, réduisant ainsi les charges de friction et d'inertie tout en maintenant la durabilité et la rigidité requises.

Le taux de compression est de 14:1, une valeur élevée qui reflète une fois de plus une conception d'origine compétitive. Les pistons sont couplés à des bielles en acier forgé dont l'entraxe est de 101,8 mm.

La parfaite fonctionnalité de la boîte de vitesses à six rapports est renforcée par le Ducati Quick Shift EVO (DQS EVO), qui offre une évolution fondamentale : le changement de vitesse avec l'accélérateur ouvert. En outre, le DQS EVO suit des logiques différentes pour passer les vitesses supérieures et inférieures. L'intégration avec l'embrayage à glissement et le frein moteur (Engine Brake Control) assure l'efficacité absolue du système même sur la piste.  

L'embrayage à bain d'huile à commande progressive combine de manière optimale la transmission d'un couple élevé et le confort du pilote. Dans des conditions de conduite compétitives, avec des rétrogradations soudaines et un fort frein moteur, l'embrayage à glissement compense la perte de stabilité de l'arrière, offrant un excellent contrôle lors des freinages en profondeur dans les virages. 

Comme les moteurs MotoGP, le Desmosedici Stradale utilise une lubrification semi-sèche du carter avec des étapes d'alimentation et de récupération pour assurer une lubrification correcte de toutes les pièces mobiles à tout moment.
La pompe à huile, actionnée par une chaîne, est composée de quatre étages, un pour le refoulement des lobes et trois pour la récupération, l'un à engrenages pour aspirer l'huile des culasses à travers deux conduits, tandis que les deux autres pompes sont à lobes et assurent une récupération efficace de l'huile de lubrification dans n'importe quelle condition d'utilisation du moteur, tout en maintenant le carter du moteur sous les pistons dans des conditions de vide constant contrôlé, réduisant ainsi les pertes dues à la ventilation, c'est-à-dire l'absorption de puissance causée par la résistance aérodynamique offerte par l'air et le battement de l'huile présente dans le compartiment des bielles.

Le réservoir d'huile, qui sert également de boîtier de filtre, est situé dans un carter d'huile en magnésium monté sous le carter moteur et relié au compartiment de la boîte de vitesses, mais séparé du carter moteur. Pour refroidir l'huile, un radiateur dédié est utilisé, fixé sous le refroidisseur d'eau.  

La pompe à eau, située dans le V des cylindres, est actionnée par un arbre entraîné par une cascade de roues dentées. Son emplacement est conçu pour réduire au maximum la taille du circuit, ce qui améliore son efficacité et optimise le poids du moteur.  

L'utilisation de composants allégés a permis de réduire le poids du moteur de 1 kg.

Outre les arbres à cames allégés, les mesures de réduction du poids du moteur comprenaient l'utilisation de composants plus légers dérivés de la Panigale V4 R et de la Superleggera V4, tels que la pompe à huile, le rotor de l'alternateur et le tambour d'engrenage. À cela s'ajoutent l'embrayage, l'engrenage primaire et l'engrenage intermédiaire avec une bande d'engrenage plus compacte.