引擎
新引擎來自M1 的技術下放，同樣採用直四998cc 十字曲軸270° – 180° – 90° – 180°不等間隔點火設計。十字曲軸可以說是這具引擎的心臟地帶，透過十字曲軸的配置，實現了油門開度與後輪輸出接近1:1的比率。這代表R1 的動力能更直覺得被騎士掌握住，讓這高達200ps 的馬力能夠充分發揮。
在M1 上使用的進氣系統設計也導入全新R1，新的進氣系統在調整空氣吸入量的特性，讓整體最佳化，進而減少馬力損失，使得新引擎在不計Ram-Air 之下能有200ps 的馬力輸出。
全新的十字曲軸
新R1 的引擎不只是缸徑、行程、壓縮比改變，連最重要的十字曲軸也與前一代不同。2015 R1 的曲軸慣性設定比前一代要低20％，透過靠近外側汽缸的輕量化平衡軸，達到引擎反應快速同時保有線性扭力的輸出。
全新的十字曲軸使用鈦合金連桿。
市售車率先使用鈦合金連桿
2015 R1 使用高強度輕量化的鈦合金斷裂式連桿，比原本鋼製連桿的輕量40%，讓引擎能發揮到更高的轉速，也有更快的反應。同時斷裂式的設計也提供連桿大端更高的精度，並且能避免連桿大端在高轉速下產生的變形，確保性能與可靠性。
高性能的汽缸頭
為了提高燃燒效率，2015 R1 搭配了一組壓縮比高達13:1的汽缸頭，進、排汽門也都加大，分別為33mm 和26.5mm。除此之外，2015 R1 引擎的進、排氣閥門的角度也更小，使新引擎擁有更緊緻的燃燒室。這樣的設計讓油氣能更順暢的進入燃燒室，提高整體燃燒速度與效率，進而讓引擎擁有高輸出與良好的扭力。
高效率汽缸頭設計，以更小的進排汽門角度，達到更好的燃燒室設計。
輕量鍛造鋁合金活塞
2015 R1 使用鍛造鋁合金活塞，並透過活塞底下的bridge-box 結構，在高強度下兼顧輕量化，並使用新式的油噴射活塞冷卻系統。在高強度與輕量化之下，對2015 R1 在動力的輸出以及引擎反應有著顯著的幫助。另外，搭配低張力活塞環以及類金鋼石碳塗層（DLC）處理，也減少磨擦產生的動力損失。
新的汽門搖臂機構
在歷代R1 之中，首次使用帶有槓桿比設計的汽門搖臂，讓汽門揚程大於凸輪高度，同時減少凸輪負荷與摩擦損失的新機構。同樣使用高硬度的DLC 塗層，也是讓2015 R1 擁有如此強大輸出與引擎反應的重要關鍵之一。
更大容量的進氣系統
在新設計的缸頭與汽門之下，獲得更大的引擎上方空間，這讓2015 R1 能搭載10.5升的集氣箱，比現行R1 增加23%。更多的空氣在YAMAHA 的可變進氣道YCC-I 的搭配下，透過電腦計算，搭配當時轉速，獲得更好的動力輸出與扭力特性。
更大容量的集氣室。
新R1 同樣搭載YCC-I 可變進氣管路。
更先進的電子噴射系統
2015 R1 主噴嘴採雙向設計，每個噴嘴有12孔，並由YAMAHA 自家的電控油門系統YCC-T 控制，能提供最佳的汽油霧化效果。雙向設計能讓主噴嘴最大限度的避免汽油直接噴射到進氣管壁，進而提高燃燒效率換取更大的輸出。高轉速時由另一組噴嘴補足不夠的油氣，並能降低溫度。
4合1鈦排氣管
對應新的引擎，2015 R1 也採用新的全段鈦合金排氣管，自缸頭到引擎下方，排氣由頭段4支合為兩支再合為一支，進入5.2升的觸媒內。當排氣壓力低的中低轉速時，管內閥門會關起，只提供兩個排氣通道中的第一個。當轉速高，排氣壓力增加時，閥門會全開，讓擁有更大的排氣空間。透過轉速進行排氣管內閥門的開啟，能提供動力以及排氣噪音的全面性能。
4合1全段鈦管。
新設計的滑動式離合器
新的A&S 滑動式離合器搭配2015 R1 的動力設計，並且比現行車款的滑離輕了19%，直徑也減少7%。A&S 滑動式離合器使用鋁合金凸輪連結離合器輪毂與離合器壓板之間，獲得更好的動力傳遞。同時A&S 滑離能提供相當於半離合般的滑順程度，讓騎士在高速進彎退檔會更平順，縮短單圈時間。
新設計的滑動式離合器，更小、更輕。
車體
2015 R1 也使用YAMAHA Delta Box 車架，將多件鋁合金元件焊接而成，新的引擎以四點固定方式固定在車架內。而鋁合金後搖臂採用鑄造與鍛造兩種製成的鋁合金焊接而成，達成一個高強度規格的上桁架式鋁合金搖臂。而副車架使用比鋁更輕的鎂合金制成，並比照主車架採用左右不對稱設計，達到輕量與更緊湊的外型。
新的Delta Box 車架。
高強度上桁架式鋁合金搖臂。
短軸距、超輕量
2015 R1 在不對稱車架以及鎂合金油底殼等輕量元件之下，創出了199kg 的全車溼重，乾重更僅僅才179kg。僅管輕量是這一代R1 的一大重點，但對於彎道性能來說，軸距也是YAMAHA 工程師著重的點。2015 R1 軸距為1,405mm，比前一代R1 更縮短了10mm，後搖臂長度為570mm，比前一代縮短15mm，前傾角則保持不變，但前輪軸心加大3mm 至25mm。
