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Die Zweirad-Division von BMW stellt mit den beiden Modellen F 800 S und F 800 ST zwei Motorräder vor, mit denen der Bayerische Hersteller die Lücke zwischen den F 650-Einzylindern und den Motorrädern mit Boxermotor schließen will. Die eher sportliche F 800 S und die tourentaugliche F 800 ST werden von einem komplett neu entwickelten Parallel-Twin mit Vierventil-Technik und 798 Kubikzentimetern Hubraum angetrieben. Entwickelt wurde der Motor von BMW Motorrad in Kooperation mit der Bombardier-Rotax GmbH. Die charakteristischen Merkmale des neuen Reihen-Zweizylinders liegen nach Angaben der Entwickler, durch seine moderne Einspritzanlage und die geringe Schwungmasse, in einer "beeindruckenden Durchzugsstärke und seinem spontanen Ansprechverhalten".
Nominell leistet der Parallel-Twin 62,5 kW bei 8.000 1/min und stellt bei 5.800 1/min sein maximales Drehmoment von 86 Newtonmetern zur Verfügung. Die Kurbelwelle hat, wie die Bezeichnung Parallel-Twin verrät, keinen Hubzapfenversatz. Dadurch arbeitet der quer eingebaute Motor mit einer gleichmäßigen Zündfolge; bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle erfolgt ein Arbeitstakt. Hieraus ergibt sich eine nach Angaben der Entwickler durchaus beabsichtigte Klangverwandtschaft zu den Boxer-Motoren (ebenfalls 360 Grad Zündversatz), vor allem aber biete die gleichmäßige Zündfolge gute Voraussetzungen für einen ausgewogenen Ladungswechsel mit hoher Drehmomentausbeute und gleichmäßigem Verlauf.
Schon im unteren Drehzahlbereich dreht der mit einem Bohrung-Hubverhältnis von 82,0 zu 75,6 Millimetern ausgelegte Vierventil-Motor laut BMW schnell hoch und setzt bereits bei 5.000 1/min 90 Prozent des Drehmomentmaximums frei. Für den Spurt von null auf 100 km/h benötigt das S-Modell, auch dank des eng gestuften Sechsgang-Getriebes, nur 3,5 Sekunden und erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von über 200 km/h.
Eine Besonderheit bietet das Triebwerk in puncto Ausgleich der Massenkräfte. Dass der Motor vibrationsarm arbeitet, geht auf eine im Serien-Motorenbau einzigartige Ausgleichsmechanik zurück. Statt konventionell über Gegengewichtswellen, bewerkstelligten die Motorenkonstrukteure den Ausgleich der oszillierenden Massenkräfte durch ein mittig auf der Kurbelwelle geführtes Gelenksystem mit definiert angeordneten Gegengewichten. Ein um 180 Grad zu den Hubzapfen versetzter Exzenter auf der Kurbelwelle trägt ein so genanntes Ausgleichspleuel. Dieses Pleuel ist an eine annähernd waagerecht angeordnete Ausgleichsschwinge angelenkt. Die Kinematik ist dabei so ausgelegt, dass sich das Ausgleichspleuel gegenläufig zu den beiden Motorpleueln auf und ab bewegt. Durch die Führung über die relativ lange Schwinge wird eine annähernd geradlinige Schwenkbewegung des Pleuelkopfes erreicht. Die Massenverteilung an Pleuelkopf und Schwinge ist so gewählt, dass die aus der Schwenkbewegung resultierenden Massenkräfte in jeder Kurbelstellung den jeweiligen oszillierenden Massenkräften des Kurbeltriebs (Kolben und Pleuelanteil) entgegen wirken. Dadurch wird eine nahezu vollständige Eliminierung der Massenkräfte erster und zweiter Ordnung erzielt und ein vibrationsarmer Motorlauf erreicht.
Auch der Ölkreislauf weicht insofern vom klassenüblichen Standard ab, als eine Semi-Trockensumpfschmierung konzipiert wurde, die ohne separaten Motoröltank auskommt. Aus den Hauptlagern austretender Schmierstoff sammelt sich in einem zur eigentlichen Ölwanne hin abgedichteten Schacht, in dem auch das Ausgleichssystem läuft. Motoröl in diesem Bereich wird ständig von einer Ölpumpe abgesaugt, in das Getriebegehäuse gefördert und läuft von dort drucklos über Durchbrüche im Kurbelgehäuse in die Ölwanne. Aus diesem Reservoir versorgt die Öldruckpumpe den Schmierölkreislauf.