Renault ha usado en el Mégane R.S. la variante de mayor potencia del motor de 1,8 litros sobrealimentado que emplea en varios modelos de su gama: el Espace (en versión de 224 CV; información técnica al respecto) y el Alpine A110 (en versión de 252 CV). Tiene 1789 centímetros cúbicos de cilindrada, inyección directa de gasolina y un turbocompresor.

La presión de inyección del carburante es de 200 bar, una presión alta, aunque comienza a ser común en algunos fabricantes como Mazda (más información). La presión de sobrealimentación absoluta es de 2,75 bar (1,75 bar de presión relativa, también muy alta). En el motor de un Civic Type R alcanza 1,6 bar, pero el motor tiene más cilindrada (información técnica del Civic Type R). El turbocompresor es de doble entrada (en el Alpine A110 es de una sola entrada) y está fabricado por BorgWarner.

Las paredes de los cilindros tienen un revestimiento de partículas de hierro aplicado mediante un chorro de plasma (gas ionizado a temperatura muy alta). Esta técnica es sustitutiva de las camisas de hierro tradicionales, la fricción es menor y, dado que el grosor de la capa es mucho más fina, el peso del bloque motor disminuye. Los árboles de levas tienen un tratamiento superficial denominado DLC (acrónimo de «diamond like carbon», carbono como diamante) que disminuye la fricción y aumenta su vida útil en condiciones de funcionamiento exigentes.

Para mejorar la refrigeración del aire que entra al motor, los colectores de admisión han sido rediseñados con la adición de un segundo conducto y de un filtro de aire más grande. También recibe nuevos canales internos del circuito de refrigeración. La potencia máxima es de 279 caballos y el par motor máximo, de 390 Nm, estables entre 2400 y 4800 revoluciones.

Renault ofrece dos tipos de transmisión para el Mégane R.S. La automática (EDC) es de doble embrague, tiene seis relaciones y está desarrollada y fabricada con Getrag. Según Renault, puesto que el desarrollo ha sido externo, no admite acoplar el diferencial autoblocante que sí está disponible con la caja manual.

La transmisión manual es de origen Renault, fabricada en la planta de Cléon (Francia). Opcionalmente puede ir asociada a un diferencial autoblocante de tipo Torsen, ajustado al 45 % de bloqueo en aceleración y al 25 % en retención (en el anterior Mégane R.S. estaba ajustado al 38 % en aceleración y al 30 % en retención).

La suspensión del Mégane R.S., como la del resto de la gama, es de tipo McPherson con mangueta desacoplada en el eje delantero y de tipo eje de torsión en el trasero. Está desarrollada por Kayaba. La mangueta desacoplada delantera tiene un eje de pivote menos inclinado (tiene menos salida) que en el resto de la gama Mégane y la distancia entre el centro del eje de pivote y el centro de la rueda pasa de 61 mm a 47,9 mm (imagen).

Hay dos ajustes disponibles, el de serie (Sport) y el más deportivo (Cup), con muelles y amortiguadores un 10 % más firmes. En ambos casos, los amortiguadores tienen unos topes hidráulicos para suavizar los rebotes cuando el vástago llega al final de su recorrido (imagen). La carrocería no ha recibido refuerzos respecto a las versiones inferiores. Ambas variantes tienen aletas más anchas que un Mégane GT (61 mm delante y 40 mm detrás), para dar cabida a unas vías que también son más anchas (ficha técnica comparativa).

Con el ajuste Sport, la barra estabilizadora delantera tiene 26 mm de diámetro y el espesor del tubo hueco es de 3,2 mm. Su resistencia a la torsión es de 103 Nm/grado. Con el chasis Cup el diámetro es el mismo, pero el espesor del tubo hueco es de 3,6 mm, por lo que la rigidez aumenta hasta 110 Nm/grado. El eje de torsión posterior también cambia y es más rígido, aunque Renault no nos ha facilitado los datos de rigidez.

Aparte de estos cambios, el sistema de dirección en las ruedas traseras (4Control) recibe una programación específica, adaptada al ajuste de la suspensión. En cualquier caso (con ambos tipos de chasis), en los modos de conducción Eco, Normal y Sport, la transición entre el giro en dirección contraria (imagen) y el giro en la misma dirección (imagen) ocurre a 60 km/h, mientras que en el modo Race, ocurre a 100 km/h. 

Los frenos delanteros tienen pinzas fijas del fabricante Brembo. Hay dos tipos de discos de freno de hierro, siempre de 355 mm de diámetro y 28 mm de grosor: los de serie, de una sola pieza, y unos opcionales de dos piezas, con el buje hecho de aluminio y el aro de fricción de hierro (imagen). Estos discos disipan mejor la temperatura y, cada uno, es 1,8 kg más ligero que su homólogo de una pieza. Las pastillas de freno originales son Ferodo.

Hay dos medidas de llanta disponibles: las de serie son de 18 pulgadas de diámetro y 8 pulgadas de anchura y llevan montadas ruedas Continental SportContact 6; las opcionales son de 19 pulgadas de diámetro, 8,5 pulgadas de anchura y tienen ruedas Bridgestone S001. Ambas llantas están fabricadas mediante fundición con estiramiento conformado (una técnica que consiste en aplicar presión a la pieza mientras gira durante el proceso de moldeado, lo que aumenta su resistencia), más ligeras y resistentes que unas llantas de fundición convencionales, sin llegar al coste y prestaciones de unas llantas forjadas.

El Mégane R.S. está equipado de serie con unas luces de ledes adicionales a las de los faros. Están situadas en la parte baja del paragolpes delantero y desempeñan tres funciones: luz en curva, antiniebla y, a su máxima intensidad, luces largas). Según Renault, el alcance del haz de luz es de 460 metros, un 17 % superior a la de los faros del anterior Mégane R.S.