Η Bugatti Tourbillon φορά τον V16 8,3-λίτρων ατμοσφαιρικό κινητήρα, κατασκευής Cosworth, που στροφάρει έως τις 9.500 σ.α.λ και αποδίδει 1.000 άλογα με 900 Nm ροπής. Ο κινητήρας συνδυάζεται με 3 ηλεκτροκινητήρες που αποδίδουν 800 άλογα και έτσι το σύνολο αποδίδει 1.800 άλογα.
Η Bugatti έδωσε στη δημοσιότητα ένα video που αποκαλύπτει τα μυστικά του νέου V16 κινητήρα. Εντυπωσιακό είναι το σύστημα χρονισμού του κινητήρα που αποτελείται από δύο αλυσίδες χρονισμού, μια για κάθε μισό του κινητήρα. Υπάρχει ένα γρανάζι για κάθε σειρά κυλίνδρων συνδεδεμένα μεταξύ τους, και συνδεδεμένα με ένα γρανάζι στο άκρο του στροφαλοφόρου άξονα, ο οποίος έχει μήκος σχεδόν 1 μέτρο. Τα δύο γρανάζια που συνδέονται με το γρανάζι του στροφαλοφόρου άξονα έχουν το δικό τους μικρότερο γρανάζι για μια αλυσίδα χρονισμού, η οποία κινεί τους εκκεντροφόρους.
