Двигатель Superquadro на 959 Panigale гарантирует мощность 150 л.с. при 10 500 об/мин и крутящий момент 102 Нм при 9 000 об/мин. Благодаря двухцилиндровому L-образному двигателю и режимам движения, мотоциклист может с лёгкостью управлять подачей мощности мотора и адаптировать её под свой стиль вождения и дорожные условия.

Двигатель разрабатывался как структурный элемент рамы, поэтому его строение было полностью пересмотрено, чтобы гарантировать наилучший дизайн с точки зрения структуры, распределения веса и прочности. Цилиндры, всегда устанавливаемые под углом 90°по отношению друг к другу, были развёрнуты назад и ещё на 6° вокруг коленвала для достижения угла 21° между передним цилиндром и горизонтальной плоскостью. Это было сделано, чтобы переместить двигатель 959 Panigale вперёд и тем самым улучшить распределение веса между передней и задней частями мотоцикла, найдя идеальное место крепления головок цилиндров к раме-монококу 959 Panigale.

959 Panigale снабжён улучшенной 6-ступенчатой трансмиссией с увеличенным диаметром шестерён для повышения сопротивления. Многодисковое сухое проскальзывающее сцепление с гидромуфтой снабжено ограничителем крутящего момента и позволяет избежать пробуксовки заднего колеса во время агрессивного переключения на пониженную передачу. Передачи переключаются плавно, поэтому работа сцеплением требует минимума усилий и оставляет приятное ощущение. Коробка переключения передач 959 Panigale помогает мотоциклу сохранять устойчивое положение как на дорогах, так и на гоночном треке.

959 Panigale был продуман с точки зрения эргономики, чтобы пилот и его мотоцикл буквально слились в одно целое. Удобное нескользкое сиденье, уменьшенная перегородка между ногами и улучшенное расположение руля позволяют занять идеальную позицию для полного контроля над мотоциклом как на дороге, так и на гоночной трассе.

Шасси 959 Panigale стало очередным этапом развития технологии «монокок»: несколько компонентов были объединены, чтобы получился один компактный и лёгкий по весу элемент, который позволит пилоту занять идеальную позицию для управления мотоциклом. Структура литой рамы-монокока, выполненной из алюминия для улучшения сопротивления, включает в себя двигатель Superquadro как неотъемлемый компонент и делает супербайки Ducati самыми лёгкими в своей категории. Рама-монокок крепится напрямую к головке двигателя, а в её передней части расположены две алюминиевые втулки, в которые вставлены подшипники рулевой колонки. Наряду со стандартными функциями рамы, монокок работает как вентиляционный короб. Кроме воздушного фильтра, в ней также располагаются дроссели и топливная система с инжекторами, а стальной бак, помещённый на своё место, становится её крышкой.

959 Panigale снабжён мощной, но при этом легко поддающейся управлению передней тормозной системой с новыми моноблочными суппортами Brembo M4.32 и предустановленной антиблокировочной системой Bosch ABS 9MP. Система гарантирует минимально возможный тормозной путь даже на мокром асфальте или по грязи, а также регистрирует отрыв заднего колеса, чтобы сделать торможение максимально стабильным. Система настроена на спортивную езду и имеет три уровня вмешательства в процесс управления, каждый из которых соотносится с определённым режимом движения. В гоночном режиме (Race) система управляет только передними дисками, позволяя мотоциклисту применять на треке самые продвинутые технологии торможения.

Трэкшн-контроль Ducati Traction Control (DTC) отвечает за регистрацию потери сцепления заднего колеса с дорогой и имеет 8 различных уровней воздействия, каждый из которых допускает определённую степень пробуксовки заднего колеса. В каждом режиме движения предустановлены уровни трэкшн-контроля. На восьмом уровне отмечается даже малейшая потеря контакта колеса с дорогой, в то время как первый уровень подходит только для очень опытных пилотов, поскольку на нём чувствительность трэкшн-контроля снижена, и он реже вмешивается в процесс управления.

Панель 959 Panigale представляет собой улучшенный светодиодный экран с множеством функций. Его раскладка была вдохновлена великолепным экраном мотоцикла Ducati Corse — участника всемирных соревнований Superbike и MotoGP. Панель позволяет считывать большое количество информации с высокой чёткостью, даже когда мотоциклист наклоняется и скрывается за ветровым стеклом на максимальной скорости, а в зависимости от выбранного режима движения на экран выводятся определённые сведения, что позволяет пилоту быстро получать наиболее важные данные в любой ситуации.