El motor del GT R es, en esencia, el mismo que Mercedes-AMG utiliza en toda la gama AMG GT, tanto con carrocería Coupé como con la Roadster (código interno M 178): uno de ocho cilindros en uve con 3982 cm³ de cilindrada sobrealimentado por dos turbocompresores que están colocados entre las dos bancadas de cilindros. Sin embargo, en el AMG GT R la potencia máxima es 585 CV, es decir, 109 CV más que en el AMG GT (476 CV), 63 CV más que en el AMG GT S (522 CV) y 28 CV más que el AMG GT C (557 CV). El par máximo es 700 Nm, más que cualquier otra versión de la gama AMG GT. Ficha técnica comparativa de las cuatro versiones.

Para conseguir este aumento de potencia, Mercedes-AMG ha instalado dos turbocompresores distintos que generan una presión de sobrealimentación mayor (2,35 bar absolutos en lugar de 2,25 de las versiones GT C y 2,20 de las GT), además de una «optimización de la combustión». La relación de compresión es la misma que tiene el motor de las versiones GT C, es decir, 9,5:1 (en el del resto de versiones es 10,5:1). El volante de inercia de doble masa es 0,7 kg más ligero que el de los modelos de menor potencia (los GT Coupé y Roadster). El sistema de refrigeración también ha sido optimizado, especialmente para soportar mejor el uso en ambientes muy cálidos. Para la lubricación, Mercedes-AMG sigue utilizando el sistema por cárter seco de otras versiones (permite colocar el motor más bajo y así rebajar el centro de gravedad del vehículo).

Con este aumento de potencia, el GT R puede acelerar de 0 a 100 km/h en 3,6 segundos y alcanzar una velocidad máxima de 318 km/h (estos datos en el GT C son, respectivamente 3,7 segundos y 317 km/h).

La caja de cambios automática (AMG Speedshift DCT-7) es del mismo tipo que llevan los GT de menor potencia (es de doble embrague), pero para el GT R la primera marcha es más larga y la séptima más corta. El eje de transmisión es de fibra carbono (como el del resto de versiones) y pesa 13,7 kg. La función que permite salir desde parado con la máxima aceleración (Race Start) ha sido revisada para que el motor pueda alcanzar un régimen más alto justo antes de iniciar la maniobra. El sistema de refrigeracíon de la caja de cambios también ha sido adaptado para unos requerimientos más exigentes.

La suspensión tiene amortiguadores y muelles coaxiales (suspensión de tipo «Coilover») cuya precarga se puede regular a mano. La dureza de los amortiguadores está controlada electrónicamente y el conductor puede elegir entre tres modos: COMFORT —para conducción normal por vías públicas—, SPORT —para conducir de forma deportiva por carreteras o circuitos que no tengan un asfalto perfectamente liso— y SPORT+ —para conducir en circuitos con un asfalto perfectamente liso y en buen estado—.

En la suspensión trasera hay unos nuevos rodamientos que disminuyen los movimientos de caída y convergencia de las ruedas. Además, la barra estabilizadora trasera es más gruesa.

Como en las versiones GT S y GT C, el GT R tiene un sistema de dirección en las cuatro ruedas. Las traseras tienen capacidad para girar en las curvas un máximo de 1,5 grados. Hasta 100 km/h lo hacen en sentido contrario al de las delanteras. A partir de 100 km/h giran en el mismo sentido. Las ruedas traseras no están conectadas mecánicamente a la dirección, sino que su giro está controlado electrónicamente. Es un dispositivo similar al que también monta Porsche en el actual 911.

El control de estabilidad ha sido reconfigurado para adaptarse a las prestaciones del GT R. Mediante un mando selector en la consola el conductor puede elegir entre 9 grados de intervención del control de tracción y del diferencial autoblocante (imagen). El control de estabilidad tiene tres posiciones distintas: On, Sport Handling Mode y Off.

Los neumáticos son Michelin Pilot Sport Cup 2. Sus medidas son 275/35 delante y 325/30 detrás. Las llantas son de 19 y 20 pulgadas respectivamente y son más ligeras que las del GT. Los discos de freno de serie son carbocerámicos y miden 390 milímetros de diámetro delante y 360 detrás. Las pinzas están pintadas en amarillo. En opción hay un sistema de frenos de mayor rendimiento que reduce en 17 kg el peso total.

El GT R pesa 1630 kilogramos, es decir, 70 menos que el GT C y 15 kilogramos más que el GT (ficha comparativa). Mercedes-Benz ha empleado en esta versión más cantidad de materiales ligeros que en otros GT. Son de fibra de carbono piezas como las puertas y el techo. También se utiliza este material, con el objetivo que incrementar la rigidez y reducir el peso, en piezas estructurales del piso de la carrocería y en el hueco reservado a alojar el motor. Otras medidas para aligerar el peso son las llantas de aluminio forjado, el silenciador de escape de titanio y la reducción de material aislante.

Los cambios en los parachoques delantero y trasero tienen por objetivo incrementar el apoyo aerodinámico (el GT R puede llegar a generar 155 kg más de carga aerodinámica que el GT, según Mercedes-AMG) y mejorar la refrigeración del motor y de los frenos. Además, hacen que el coche sea más ancho: 4,6 cm delante y 5,7 cm detrás.

En la zona inferior del coche, justo por delante del motor, hay un deflector de fibra de carbono que, cuando se supera 80 km/h y se va con el modo de conducción RACE activado, desciende 4 cm hacia abajo para incrementar el efecto Venturi (el mismo fenómeno físico por el que el ala de los aviones permite que vuelen, de forma que el flujo de aire canalizado hacia la parte baja del coche aumenta de velocidad y disminuye la presión, lo que hace que el coche «se pegue» más al suelo). Gracias a este sistema, Mercedes-AMG dice que la tendencia del frontal a elevarse se reduce en 40 kg a 250 km/h (desconocemos el dato equivalente en las versiones normales del GT).