Sercem nowego RC F jest wolnossący, benzynowy silnik V8, będący gruntowną modyfikacją sprawdzonej, pięciolitrowej jednostki znanej z modelu IS F. Zastosowanie tytanowych zaworów oraz zmniejszenie masy wału korbowego i korbowodów pozwoliło przesunąć granicę maksymalnych obrotów o 500 do 7300, uzyskując wzrost mocy o 51 KM do 477 KM. Zwiększeniu uległ również maksymalny moment obrotowy, który osiągany jest teraz przy prędkości obrotowej niższej o 400 niż poprzednio, sięgając 530 Nm przy 4800 obr./min.
Potężna jednostka napędowa zapewnia luksusowemu coupe świetną dynamikę, jednak wysokim osiągom towarzyszy wyjątkowo niskie zużycie paliwa, jak na ważący 2250 kg samochód z pięciolitrowym silnikiem. W cyklu mieszanym Lexus RC F spala 10,8 litra benzyny na 100 km, zaś w trasie spalanie spada do zaledwie 7,8 l/100 km.
Lexus RC F łączy owe wykluczające się zwykle zalety dzięki temu, że w zależności od potrzeb jego silnik może pracować w konwencjonalnym cyklu Otto lub oszczędnym cyklu Atkinsona, stosowanym w wyróżniających się bardzo niskim zużyciem paliwa hybrydowych jednostkach napędowych japońskiej firmy.

Atkinson oszczędza, Otto daje moc
Zasada cyklu Atkinsona polega na wydłużeniu czasu otwarcia zaworów dolotowych. Zamykają się one dopiero w trakcie suwu sprężania, dzięki czemu objętość sprężanej, a następnie spalanej mieszanki jest mniejsza od objętości, do której rozprężają się zawarte w cylindrach gazy podczas suwu pracy. W efekcie w chwili otwarcia zaworów wylotowych ciśnienie gazów spalinowych jest bliskie atmosferycznemu, a cała ich energia została wykorzystana na popchnięcie tłoka – dlatego silnik pracujący w cyklu Atkinsona ma większą sprawność, niż działający w konwencjonalnym cyklu Otto.
Ekonomiczność silnika pracującego w cyklu Atkinsona okupiona jest mniejszym stosunkiem mocy do pojemności skokowej. Konstruktorzy Lexusa RC F wykorzystali jednak możliwości zaawansowanego układu inteligentnego sterowania zaworami VVT-iE w taki sposób, że przy niewielkim obciążeniu – na przykład podczas jazdy po trasie – silnik pracuje w cyklu Atkinsona, zaś po dociśnięciu pedału przyspieszenia przechodzi w cykl Otto, w pełni wykorzystując ogromny potencjał pięciolitrowego V8. Dzięki temu nowatorskie coupe Lexusa przyspiesza od 0 do 100 km/h w ciągu zaledwie 4,5 sekundy i osiąga prędkość maksymalną 270 km/h, nie zmuszając przy tym do zbyt częstego odwiedzania stacji benzynowych.