A 3.993 köbcentiméter összlökettérfogatú V8-as aggregátnak biturbo-feltöltése biztosít még nagyobb erőt: az 1.700 és 5.500 percenkénti fordulatszám közötti tartományon mindvégig rendelkezésre álló 650 newtonméter maximális forgatónyomatéka mellett csúcsteljesítménye 5.800-as percenkénti fordulatnál 382 kW (520 LE) értéken alakul. Hengerfejeinek újszerű koncepciója – a szívóoldal kívül, míg a kipufogótraktus belül kapott helyet – a gázok rövid áramlási útjaival minimálisra mérsékli a gázcsere-veszteségeket, a motort így különösen közvetlen gázadási reakciók jellemzik. A két Twinscroll-turbófeltöltő a forgatónyomaték korai és intenzív felépülését teszi lehetővé.

A 4.0 TFSI álló helyzetből mindössze 4,2 másodperc alatt gyorsítja fel az új S8-at 100 kilométer/órás tempóra, az elektronika által 250 kilométer/órára limitált végsebessége pedig már egyszerű „formalitás”. Elődje 5,2 literes, atmoszférikus V10-es konstrukciójához viszonyítva az új biturbo-V8 51 kilowattal (70 LE), azaz mintegy 15 százalékkal teljesít többet, miközben üzemanyag-fogyasztása 100 kilométerenként 3,0 literrel (23 százalék) alacsonyabban alakul. Átlagosan 10,2 l/100 km üzemanyagigényével az új S8 egyértelműen gazdaságosabb vetélytársainál.

E kiváló érték elérésében számos korszerű megoldás is fontos szerepet játszik, köztük például az automatikus motorleállítás és -indítás rendszerével (Start-Stop System), de a „cylinder on demand” technikája is nagyban hozzájárul mindehhez. Utóbbi rendszer alacsony terhelés mellett a nyolc hengerből négyet lekapcsolva jelentősen, mérsékelt autópálya-tempónál például akár 10 százalékkal is csökkentheti az üzemanyag-fogyasztást. Amint a V8-as aggregát V4 üzemre vált, az „Active noise control” (ANC) rendszere is aktiválódik, amely célzott „ellenhangokkal” oltja ki az utastérbe jutó nemkívánatos zajokat. A zavaró rezgéseket mindeközben az „Active engine mounts” aktív motortartó ágyazások mérséklik hatékonyan.