Audi ha presentado dos prototipos basados en el Audi R8, el V12 TDI y el V12 TDI Le Mans (las diferencias entre uno y otro son decorativas). Ambos tienen un motor Diesel de doce cilindros. Audi está valorando la posibilidad de fabricar en serie un modelo definitivo que contenga algunas de las características mostradas en estos prototipos.

Tiene 500 CV de potencia máxima. Según Audi «supera con creces 300 km/h» de velocidad máxima y puede acelerar de 0 a 100 km/h en 4,2 s. Por lo tanto, este prototipo es más rápido que el actual R8 con motor V8 de gasolina y 420 CV, que alcanza 301 km/h de velocidad máxima y tarda 4,6 s en llegar a 100 km/h.

Respecto al R8 que actualmente está a la venta, el R8 V12 TDI tiene la misma estructura, con el bastidor fabricado de aluminio (la carrocería pesa 210 kg) y el motor colocado en posición central trasera longitudinal. La tracción es a las cuatro ruedas y el cambio previsto para este prototipo es manual de seis marchas y doble embrague.

El R8 V12 TDI concept tiene ciertos detalles de aspecto que no están presentes en el modelo que está a la venta. Un detalle interesante es que el techo está fabricado en dos proporciones de cristal y en su parte final, tiene una abertura (como algunos coches de competición) que conduce el aire a los conductos de admisión del motor.

El desarrollo aerodinámico de este prototipo es diferente al del R8 de producción: Hay varios detalles que lo distinguen, como que las entradas de aire el paragolpes son de mayor tamaño y los difusores de la parte trasera de la carrocería están más marcados; también hay unas guías bajo las taloneras que canalizan el flujo de aire del difusor delantero al tarsero. El alerón sobresale de la carrocería y a alta velocidad se eleva automáticamente para variar su incidencia con el aire.

El interior de este prototipo mantiene el estilo y la distribución de los mandos del R8 que está a la venta, pero cambia la decoración y algunos materiales de recubrimiento (abunda más la fibra de carbono y el aluminio). Lo que más cambia es el volante, porque el prototipo tiene integrados en él un botón de arranque y parada del motor, y un mando desde el que se puede cambiar en tres modos («Race», «Sport» y «Dynamic») la respuesta del motor y de la suspensión de dureza variable («Magnetic Ride»).

La pantalla del navegador tiene la peculiaridad de que puede mostrar un contador de tiempos por vuelta, la aceleración transversal y la presión de sobrealimentación de los turbocompresores.

Como en el R8 que ya se vende, el motor del R8 V12 TDI  está iluminado por unos diodos de color blanco y el vano motor puede estar recubierto de láminas de fibra de carbono.

Este prototipo tiene frenos cerámicos. Las pinzas de freno delanteras son  monobloque de seis pistones y están fabricadas en aluminio. Las pinzas traseras son flotantes.

También lleva faros con diodos luminosos, que frente a los faros halógenos y a los de xenón, dan una temperatura de color más parecida a la luz natural, que es más adecuada para conducir. Lexus ya emplea esta tecnología en el LS 600h.