Como en todos los motores Ducati, en la Desmosedici Stradale el diseño del sistema desmodrómico es un factor clave para alcanzar el máximo rendimiento. El sistema desmodrómico de la Desmosedici Stradale utiliza componentes completamente rediseñados y miniaturizados para lograr cámaras de combustión muy compactas, alcanzando un nivel de sofisticación, compacidad y ligereza nunca antes visto en una motocicleta Ducati. 

En las motocicletas normales, el cigüeñal gira en la misma dirección que las ruedas. En cambio, en MotoGP, el cigüeñal contrarrotante gira en sentido opuesto. Los especialistas en motores de Ducati han tomado esta solución técnica de los modelos de competición por los mismos motivos por los que se aplica en el mundo competitivo. De hecho, esta solución tiene ventajas relacionadas con dos aspectos de la física: el efecto giroscópico y la inercia.

El cigüeñal contrarrotante permite compensar parte del efecto giroscópico generado por las ruedas durante la conducción, lo que se traduce en un mejor manejo y en una motocicleta más ágil al cambiar de dirección.

La segunda ventaja está relacionada con la inercia (es decir, la tendencia de un objeto a oponerse a un cambio de estado) tanto del vehículo como de las piezas giratorias del motor. Durante la aceleración, el par motor transmitido al suelo impulsa la motocicleta, que reacciona generando la tendencia a levantar la rueda delantera (wheelie). Debido a la inercia, el cigüeñal contrarrotante genera un par en dirección opuesta, lo que tiende a mantener el frente más bajo, reduciendo el fenómeno del wheelie y aportando beneficios también en la aceleración.

Del mismo modo, durante el frenado o las desaceleraciones rápidas, la motocicleta experimenta una reacción que tiende a levantar la parte trasera. Sin embargo, el cigüeñal también sufre una desaceleración (reducción de rpm), lo que genera un par inercial en dirección opuesta que contrarresta la fuerza que tiende a levantar la parte trasera. Por lo tanto, tanto en la aceleración como en el frenado, la adopción del cigüeñal contrarrotante proporciona efectos positivos.

Evidentemente, esta disposición requiere una rueda dentada adicional, llamada rueda loca, necesaria para transferir el movimiento del cigüeñal a la caja de cambios y luego a las ruedas, garantizando la rotación correcta en la dirección de avance.

El desfase de 70° de los muñones del cigüeñal, combinado con la disposición en V a 90° del motor, genera un orden de encendido que Ducati ha llamado "Twin Pulse", porque es como si el motor reprodujera la secuencia de encendido de un bicilíndrico. La particularidad radica en el encendido rápido de los dos cilindros del lado izquierdo y luego de los del lado derecho de la motocicleta. En el diagrama de tiempos, los encendidos se sitúan en 0°, 90°, 290° y 380°. Este orden de encendido particular le da a la V4 un sonido muy similar al de la Desmosedici MotoGP.

En la práctica, imaginando un ciclo que comienza en 0°, el primer cilindro del banco delantero "enciende", del lado del generador, seguido, después de solo 90° de rotación, por el cilindro del banco trasero en el mismo lado. Luego hay un intervalo durante el cual el motor no genera par de impulsión hasta los encendidos de 90° entre sí de los dos cilindros del lado del embrague.

El orden de encendido "Twin Pulse", además de producir un sonido de escape único, diferente a cualquier otra motocicleta —música para los oídos de un verdadero entusiasta—, genera un tipo de potencia que los pilotos de Ducati MotoGP consideran óptima, ya que proporciona importantes ventajas en el nivel de potencia y, por lo tanto, en la manejabilidad de la moto, especialmente al tomar curvas y al salir de ellas.

Cada cuerpo de aceleración ovalado cuenta con dos inyectores: uno submariposa para uso a baja carga y otro superior que entra en funcionamiento cuando se requiere el máximo rendimiento del motor. Los cuerpos de aceleración de cada banco de cilindros son movidos por un motor eléctrico dedicado. Gracias al sistema completo Ride by Wire, esto permite estrategias de control electrónico complejas y la modulación de la respuesta del motor según el modo de conducción seleccionado.

La colaboración con Ducati Corse ha permitido lograr un motor compacto, ligero y de alto rendimiento. Con un peso de 64,5 kg, la Desmosedici Stradale es apenas 2 kg más pesada que el Superquadro bicilíndrico de 1,285 cm³.

Los pistones, con un diámetro de 81 mm, se desplazan dentro de los cilindros, y cuentan con dos anillos de pistón de baja fricción, además de un anillo de aceite. Están fundidos en aluminio y utilizan la tecnología "box in box", que permite reducir la altura de la falda y el espesor bajo la corona del pistón, disminuyendo así la fricción y las cargas de inercia, mientras se mantiene la durabilidad y rigidez necesarias. 

La relación de compresión es de 14:1, un valor elevado que refleja, una vez más, un diseño de origen competitivo. Los pistones están acoplados a bielas forjadas de acero con una distancia entre centros de 101,8 mm. 

La perfecta funcionalidad de la caja de cambios de seis velocidades se ve potenciada por el Ducati Quick Shift EVO (DQS EVO), que ofrece una evolución fundamental: cambiar marchas con el acelerador abierto. Además, el DQS EVO sigue lógicas diferentes para subir y bajar marchas. La integración con el embrague antirrebote y el freno motor (Engine Brake Control) garantiza la efectividad absoluta del sistema, incluso en pista. 

El embrague húmedo con control progresivo combina de manera óptima alta transmisión de par y comodidad para el piloto. En condiciones de conducción competitiva, con reducciones bruscas y fuerte freno motor, el embrague antirrebote contrarresta la pérdida de estabilidad de la parte trasera, ofreciendo un control excelente al frenar en profundidad dentro de las curvas. 

Al igual que los motores de MotoGP, la Desmosedici Stradale utiliza una lubricación de cárter semiseco con etapas de suministro y recuperación, para garantizar la lubricación adecuada de todas las piezas móviles en todo momento.

La bomba de aceite, accionada por cadena, consta de cuatro etapas: una para el suministro a los lóbulos y tres para la recuperación. Una de ellas, con engranajes, extrae el aceite de las culatas a través de dos conductos, mientras que las otras dos, con lóbulos, aseguran la recuperación eficaz del aceite lubricante en cualquier condición de uso del motor, manteniendo el cárter del motor debajo de los pistones en condiciones de vacío constante controlado, reduciendo pérdidas por ventilación, es decir, la absorción de potencia causada por la resistencia aerodinámica del aire y el batido del aceite en el compartimento de la biela.

El depósito de aceite, que también sirve como caja de filtro, está situado en un cárter de magnesio montado debajo del motor y conectado al compartimento de la caja de cambios, pero separado del cárter principal. Para enfriar el aceite, se utiliza un radiador dedicado, ubicado debajo del enfriador de agua.

La bomba de agua, situada en la V de los cilindros, es accionada por un eje impulsado por una cascada de engranajes. Su ubicación está diseñada para reducir al máximo el tamaño del circuito, mejorando su eficiencia y optimizando el peso del motor.

El uso de componentes aligerados redujo el peso del motor en 1 kg.

Las medidas para reducir el peso del motor incluyeron, además de los árboles de levas aligerados, el uso de componentes más ligeros derivados de la Panigale V4 R y la Superleggera V4, como la bomba de aceite, el rotor del alternador y el tambor de engranajes. A estos se suman el embrague, el engranaje primario y la rueda loca, con una corona de engranajes más compacta.