Chiếc xe này được trang bị động cơ W16 8.0L với công suất lên đến 1500 mã lực, mạnh hơn 25% so với máy của Bugatti Veyron, cùng hệ thống dẫn động bốn bánh AWD. Bugatti Chiron có thể tăng tốc từ 0–100 km/h trong 2.3 giây và đạt tốc độ tối đa 460 km/h qua máy tính, tốc độ chạy thử là 420 km/h.[4][5][6][7]Xe có 5 chế độ chạy là Lift, Auto, Autobahn, Handling và Top Speed. Trong khi Lift là chế độ chạy tốc độ thấp thì 3 chế độ tiếp theo giới hạn ở 380 km/h. Để có thể chạy ở Top Speed, tài xế cần dừng xe để sử dụng chìa khóa đặc biệt Speed Key. Hệ số cản gió của Chiron là 0,38 ở Auto, 0,40 ở Handling và chỉ 0,35 ở Top Speed, nhưng khi áp dụng phanh không khí thì tăng lên 0,59 để xe dừng nhanh.[8]

Martin Winterkorn, CEO tập đoàn Volkswagen, nói với truyền thông Đức hồi đầu năm nay rằng: "Lần đầu tiên, bên cạnh các phiên bản động cơ xăng, chiếc xe này sẽ cung cấp một phiên bản hybrid hiệu suất cao".[7]