El motor es de cuatro cilindros, 1984 cm³ (carrera larga, 92,8 mm frente a un diámetro del cilindro de 82,5 mm), doble inyección —directa e indirecta—, sobrealimentación con una presión absoluta de 2,4 bar y distribución variable en fase (60 grados en admisión y 30 en escape) y alzada (mediante el mecanismo Valvelift). Da 231 CV a 6000 rpm y el corte de inyección se produce 800 rpm después. Este motor una variante del que el Grupo Volkswagen usa en varios modelos como el Golf R.
La doble inyección de gasolina no es simultánea, directa e indirecta se usan en condiciones distintas. Un responsable del área de motores de Audi nos ha dicho que la inyección indirecta se emplea con cargas bajas para reducir las emisiones contaminantes. Otro técnico, Jörg-Urs Fuchs —técnico de gestión de proyecto del S1—, nos ha contado que el aspecto más peculiar de este motor es que el colector de escape, en el que va el turbocompresor, forma una pieza única con la culata. La finalidad es evitar problemas con el turbocompresor por exceso de temperatura (no debe superar 1050 ºC). Para ello, cuando se apaga el motor, una válvula crea un circuito cerrado en la zona de la culata y el colector aislándolo del resto del circuito de refrigeración del motor. Por diferencia de temperaturas, sin necesidad de una bomba eléctrica, fluye el líquido refrigerante absorbiendo el calor presente en el turbocompresor. Según el señor Fuchs, en el S1 es posible parar inmediatamente el motor tras conducir el coche de forma exigente con el motor. Otra ventaja de este sistema es que cuando se pone el motor en marcha y está frío, solo hay circulación de refrigerante por la culata y el colector de escape. Así se calientan antes estos elementos. Después, se abre el resto del circuito.
Respecto al resto de A1, el S1 tiene otros cambios mecánicos. El más notable está en la suspensión trasera, que en el S1 es independiente en vez de brazos tirados unidos por un eje de torsión, modificación necesaria para poder instalar la tracción total con el embrague Haldex colocado junto al diferencial trasero y que también ha supuesto sustituir el depósito de combustible por uno divido en dos partes con la misma capacidad que el depósito normal (45 litros).
En la suspensión delantera, Audi ha modificado los rodamientos del eje de pivote para facilitar el giro. Los discos de freno son de mayor tamaño. Opcionalmente, las pinzas pueden ser de color rojo y los neumáticos de medidas 225/35 R18 en vez de 215/40 R17.