La GT-R est propulsée par un V6 de 3,8 litres bi-turbo, entièrement assemblé à la main et développant 485 ch à 6 400 tr/min et 587 Nm de couple disponibles entre 3 200 et 5 200 tr/min. On notera toutefois que la puissance annoncée est sous-évaluée par rapport à la puissance réellement délivrée par le moteur. Le magazine Sport Auto a ainsi testé sur banc de puissance deux Nissan GTR ; la première a délivré 525 ch et la seconde, 518. Dans les deux cas, le surplus de puissance excède donc les normes d'homologation européennes, qui prévoient une variation de plus ou moins 5% maximum.
La GTR est équipée d'une boîte robotisée à double embrayage à six rapports spécialement développée pour elle, et d'une transmission intégrale à répartition variable (appelée « ATTESA ET-S »), se comportant comme une propulsion en temps normal, avec la possibilité d'envoyer du couple aux roues avant en cas de perte d'adhérence.
L'amortissement est assuré par des amortisseurs Bilstein réglables sur trois positions. Grâce au système dit « Launch control », l'accélération de 0 à 100 km/h est annoncée en 3,4 s – performance qui a valu à la GT-R d'entrer dans le livre des records en tant que voiture « quatre places de production la plus rapide du monde sur le 0 à 100 km/h ». Le 400 mètres départ arrêté est mesuré en 12,1 secondes et le 1 000 mètres départ arrêté, en 21,9 secondes – des performances équivalentes à celles d'une Ferrari F405. La vitesse de pointe atteint 310 km/h, ce qui en fait une des voitures à quatre places de série les plus rapides du monde.
La Porsche 911 Turbo type 997 est la concurrente visée par la GT-R, deux fois moins coûteuse. La GT-R a d'ailleurs amélioré le temps de la 911 Turbo d'un peu plus de 11 secondes sur la Nordschleife.
