Le moteur du Murciélago est fabriqué en aluminium et comporte quatre arbres à cames, un calage variable des soupapes et une injection directe de carburant. Il a un taux de compression de 11:1 et est lubrifié par un système à carter sec. Le moteur V12 est associé à une transmission manuelle à six vitesses qui envoie la puissance aux roues arrière via un différentiel central à visco-coupleur.
La voiture est également dotée d'un système de transmission intégrale qui contribue à améliorer la traction et la stabilité, en particulier à grande vitesse ou dans des conditions routières difficiles. Ce groupe motopropulseur avancé confère au Murciélago ses impressionnantes capacités de performance.
De plus, le compartiment moteur du Murciélago est conçu pour un accès et une facilité d'entretien faciles. Le capot est articulé à l'avant et s'ouvre vers le haut pour révéler le moteur, tandis que la prise d'air et les autres composants sont facilement accessibles pour l'entretien et les réparations.