El motor es un W16 (16 cilindros en W) y 64válvulas(4 válvulas por cilindro), con 7993 ml de cilindraje (aprox. 499 ml por cilindro) y 4 turbocmpresores, que rinde una potencia de 1001 cv a 6000 rpm. El par es de 1250 Nm entre 2200 y 5500 rpm. Este motor mide 712 mm de largo y 767 mm de ancho. El ángulo es de 90 grados. Sus prestaciones y su elevado costo (1.300.000 €) hacen de éste un vehículo muy exclusivo.
La velocidad máxima del vehículo normalmente es de 407 km/h (254 mph), cuando el vehículo llega a 220 km/h en 6 segundos automáticamente reduce la altura hasta 8,9 cm (3 ½ pulgadas). Al mismo tiempo el spoiler (alerón trasero) se despliega para proporcionar 3.425 newtons (770 lb) de carga aerodinámica, manteniendo el vehículo en la carretera. El conductor debe usar una llave especial ("Top Speed Key") que se introduce en una cerradura al lado izquierdo del asiento con el fin de poner el vehículo en el modo de "Máxima Velocidad" y así poder alcanzar su máxima velocidad promedio de 408 km/h (254 mph). Las funciones de este modo de "Máxima Velocidad" solo se activan cuando el vehículo está detenido y después de realizar automáticamente un chequeo interno sobre el estado del vehículo; Si todos los sistemas están listos el spoiler (Alerón trasero) se retrae, los difusores de aire frontales se cierran y la distancia entre el vehículo y el suelo, que normalmente es de 12,5 cm (4,9 pulgadas), se reduce a 6,5 cm (2,6 pulgadas).
Respecto al modelo anterior, el 16.4 Veyron sólo presenta algunas modificaciones aerodinámicas con el fin de corregir algunas deficiencias en el manejo a altas velocidades, así como un aumento en la distancia entre ejes en 5 cm. La parte posterior también fue arreglada con 2 tomas nuevas de aire.
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