El GR86 tiene un motor atmosférico (su código es FA24)  con cuatro cilindros en disposición bóxer, con 2387 cm³ de cilindrada y 234 caballos de potencia máxima. Es el mismo número de cilindros y están colocados de la misma manera que en el GT86, pero la cilindrada aumenta 389 cm³ y la potencia crece 34 caballos (el motor del GT86 es un 2,0 litros de 200 CV). La potencia máxima se genera a 7000 rpm y el corte de inyección se sitúa a 7400 vueltas. Este motor da el par máximo (250 Nm) a 3700 rpm. En el GT86 el par máximo (205 Nm) se produce entre 6400 y 6600 rpm.

Toyota utiliza en este motor 5,0 litros (con filtro) de aceite 0W 20 si bien en el manual se puede leer que «un aceite de viscosidad más alta puede ser preferible si el vehículo circula a gran velocidad o en situaciones de carga extrema».

La única caja de cambios disponible para el mercado español es  una manual de seis relaciones (en el GT86 también se ofrecía con una automática). Con ella, el GR86 puede pasar de 0 a 100 km/h en 6,3 segundos, 1,3 s menos de los que necesita el GT86. La velocidad máxima, curiosamente, es la misma en ambos modelos: 226 km/h (ficha comparativa).

A pesar de que Toyota ha empleado aluminio en determinadas partes de la carrocería (como en el techo y en las aletas) y ha trabajado en reducir el peso de componentes como los asientos y en el silenciador del escape, la masa total del GR86 es 48 kilogramos superior a la del GT86 (1345 kg frente a 1297). No obstante, la rigidez a la torsión es un 50 % superior.

En el sistema de ventilación del motor se ha modificado la entrada de aire para optimizar el caudal y las dimensiones del puerto del colector de admisión. Además, la bomba de combustible es de nuevo diseño (Toyota dice que ahora funciona mejor en las curvas) y la bomba de agua es más compacta y más fiable. También se ha añadido un radiador de aceite refrigerado por agua, con un diseño nuevo que permite más fujo de aire. También se han instalado unos nuevos soportes de motor para reducir las vibraciones. Son de aluminio y están rellenos de líquido.

La caja de cambios manual se ha adaptado al nuevo nivel de potencia y tiene nuevos cojinetes, aceite de baja viscosidad y un sincronizador de carbono que, según Toyota, facilita la inserción de la cuarta marcha. La palanca de cambios se ha rediseñado para que sea más aerodinámica. La caja de cambios automática recibe más discos en el embrague (para soportar el incremento de potencia) y un nuevo convertidor de par.

Las modificaciones del chasis incluyen, en la parte delantera, unos travesaños diagonales a las juntas entre la suspensión y el bastidor. Según Toyota, esto mejora la transferencia de carga de los neumáticos delanteros y reducen la flexión lateral. Además, el capó tiene un armazón interno diagonal, mientras que antes tenía un diseño de estilo panal de abeja. Estos cambios han conseguido aumentar en un 60% la rigidez lateral del frontal de la carrocería. En la parte posterior también hay nuevas sujeciones entre el chasis y los soportes de la suspensión. Gracias a estos cambios, la rigidez total de la carrocería ha aumentado un 50%.

El escape y los asientos de nuevo diseño también contribuyen a la ligereza del coche. Además, el capó es de aluminio (ya lo era en el modelo anterior), material que ahora también se utiliza en el techo y las aletas delanteras. Según Toyota, el reparto de pesos es del 53% delante y 47% detrás.

Toyota dice haber optimizado las características generales de los muelles y amortiguadores de la suspensión. Entre otros elementos, se ha añadido un resorte de rebote y se ha incrementado la rigidez de la caja de la dirección. Además, la suspensión trasera se ha reforzado con una barra estabilizadora.

La dirección tiene una desmultiplicación de 13,5:1 y dos vueltas y media de volante entre tope y tope. El sistema de dirección asistida tiene un nuevo motor integrado en la columna de la dirección que reduce el peso y ocupa menos espacio. El sistema de frenos de serie tiene discos de 294 mm delante y 290 mm detrás, en ambos casos ventilados.