Veyron搭载一台8.0升四涡轮增压W16发动机，相当于两台窄夹角V8发动机组合而成。每个气缸设有四个气门，总计64个，但每排气缸的布局允许两根顶置凸轮轴驱动两排气缸，因此仅需四根凸轮轴。发动机由四个涡轮增压器供气，排量为7,993 cc（487.8立方英寸），缸径与行程均为86毫米（3.39英寸），呈方形设计。
变速箱采用双离合直接换挡电脑控制自动变速箱，具备七个档位，方向盘后方配有镁合金换挡拨片，换挡时间低于150毫秒。该变速箱由英国Ricardo公司制造，而非为大众集团主流品牌设计六速DSG的Borg-Warner公司。Veyron可在半自动或全自动模式下驾驶。更换一台Veyron变速箱的费用略高于12万美元。车辆还配备采用Haldex牵引系统的全时四轮驱动。使用专为Veyron极速设计的米其林PAX防爆轮胎，每套售价2.5万美元。轮胎仅能在法国安装，此项服务费用为7万美元。整备质量为1,888公斤（4,162磅）。根据大众集团数据，这使得该车的功率重量比达到530 PS（390 kW；523 hp）/吨。车身总长4,462毫米（175.7英寸），悬伸长度为1,752.6毫米（69.0英寸）。Bugatti Veyron共有十个散热器：
其风阻系数为Cd=0.41（正常状态）和Cd=0.36（降低车身高度后），迎风面积为2.07平方米（22.3平方英尺）。由此得出风阻面积（风阻系数与迎风面积的乘积）为CdA=0.74平方米（8.0平方英尺）。
根据大众集团数据并经TÜV Süddeutschland认证，Veyron所用W16发动机的功率输出为736 kW（987 hp；1,001 PS），可产生1,250 N⋅m（922 lbf⋅ft）的扭矩。
2005年4月19日，德国检测官员在大众集团私人Ehra-Lessien测试赛道上记录到原版车型的平均极速为408.47公里/小时（253.81英里/小时）。
2006年11月，James May在Top Gear节目中于Ehra-Lessien测试赛道几乎达到此极速，录得407.5公里/小时（253.2英里/小时）。May指出在极速状态下发动机每分钟消耗45,000升（9,900英制加仑）空气（相当于人类四天的呼吸量）。回到Top Gear演播室，联合主持人Jeremy Clarkson评论称大多数跑车在极速时感觉像要散架，并询问May Veyron在407公里/小时（253英里/小时）时是否如此。May回应称Veyron控制性极佳，仅在空气制动器展开时出现轻微晃动。
在常规使用中，达到上述绝对极速的功能被锁定。车辆正常极速标注为343公里/小时（213英里/小时）。此外，当车速达到220公里/小时（137英里/小时）时，液压系统会降低车身，使离地间隙降至约9厘米（3.5英寸）。同时尾翼和扰流板展开。在此操控模式下，尾翼提供3,425牛顿（770磅力）的下压力，将车辆紧贴路面。
要达到车辆的绝对极速，必须在车辆静止时进入极速模式。为此，驾驶员需使用位于座椅左侧钥匙孔中的专用极速钥匙，触发检查清单以确认车辆和驾驶员是否准备好尝试达到407公里/小时（253英里/小时）。若确认，后扰流板收回，前部空气扩散器关闭，正常12.5厘米（4.9英寸）的离地间隙降至6.5厘米（2.6英寸）。
Veyron的制动系统采用SGL Carbon制造的交叉钻孔、径向通风碳纤维增强碳化硅（C/SiC）复合材料制动盘，相比标准铸铁制动盘具有更少的制动衰减和更轻的重量。轻量化铝合金整体式制动卡钳由AP Racing制造；前卡钳配备八个钛合金活塞，后卡钳配备六个活塞。Bugatti声称在公路轮胎上可实现1.3 g的最大减速度。作为附加安全功能，手刹系统也安装了防抱死制动系统（ABS）。
原型车曾接受从312公里/小时（194英里/小时）至80公里/小时（50英里/小时）的反复1.0 g制动测试，未出现衰减。结合车辆从80公里/小时（50英里/小时）加速至312公里/小时（194英里/小时）的性能，该测试可每22秒进行一次。在200公里/小时（124英里/小时）以上速度时，后尾翼还充当空气制动器，制动时在0.4秒内迅速展开至55度角，提供额外的0.68 g（6.66 m/s²）减速度（相当于普通掀背车的制动力）。Bugatti声称Veyron可在10秒内从400公里/小时（249英里/小时）制动至停止，尽管此过程将行驶半公里（三分之一英里）。
