レースで培った最新技術を取り入れて新設計した600cc水冷4サイクル直列4気筒DOHC 4バルブエンジンは、最新のフューエルインジェクションシステムの採用などにより燃焼効率を向上させ、2000年モデル比で最高出力を4.5％向上させた。エンジンサイズは長さが21mm、幅が8mm、高さが20mmコンパクトになり、重量を4kg軽量化した。車体はトータルで7kg軽量化できた上に、サイズも高さが30mm、幅が5mm小さくなり、一段と軽量・コンパクト化が進んだ。その結果、乾燥重量は2000年モデルの174kgから163kgにまで軽量化できた。エンジン性能の向上と相まってハンドリング性能と加速性能が飛躍的に向上した。

新設計の600cc水冷直列4気筒DOHCエンジンは、前モデルに比べて高さが20mm低く、長さが54mm短く、幅が16mm狭くなり、コンパクト化が進んだ。また、マフラーチャンバーをオイルパン下に配置するSAESを採用したことでマフラーボディーを極端に小さく短くすることができた。エンジンのコンパクト化に伴ってシャーシもコンパクト化と低重心化を進めた。また、スイングアームを35mm延長できた上に、ライダーの体重移動やライディングポジションの自由度が増したため、走行性能が格段に向上した。コンパクト化と低重心化は性能向上に加えて、エモーショナルなスタイリングデザインとの融合にもつながった。エンジンは大径化したチタンバルブ、シリンダー間ベンチレーションホールの拡大（φ35からφ39に）に加えてブリーザリードバルブカバー装着、2本インジェクターの採用などによって、性能を向上させた。

前モデルから使用実績のある車体に600cc水冷直列4気筒DOHCエンジンを搭載。シリンダー間ベンチレーションホールの拡大（φ39からφ41に）、圧縮比変更（12.5から12.8に）、インジェクターホール数変更（4から8に）、イリジウムスパークプラグの採用などにより、最高出力92.0kwをキープしながら、低・中速トルクを向上させた。また、2007年のGSX-R1000で採用済の電子制御式ステアリングダンパーの採用、フロントブレーキディスクのフローティングピン数変更（8から12に）などによってコーナリング性能とブレーキ性能の向上を図った。さらにS-DMS、可変フットレストの採用により、それぞれのライダーの乗り方や体格に合わせた調整もできるようになった。ヘッドランプを前モデルの縦2灯から横3灯に変更するとともに、スタイリングデザインも大きく変えた。

外観樹脂部品、マフラー、フレーム、フロントフォーク、リヤサスペンション、スイングアーム、フロントブレーキキャリパーなど、あらゆる部品で軽量化に挑み、2010年モデル比で装備重量9kgの軽量化を果たした。ホイールベースを15mm短くしたことも相まってクラストップの性能を実現した。また、燃費もWMTCモードで10%改善した。ビルトインターンシグナルやテールランプを小型軽量なものとし、ベストバランスを実現した。エンジンはあらゆるムービングパーツを新設計することで、エンジンの2kg軽量化や、メカロス低減、低中速性能向上を実現。最高出力は92.5kW、最大トルクは69.6N・mを発揮した。S-DMSとバックトルクリミッターの採用によって乗りやすさも一段と向上した。また、クロスレシオのミッションとすることで、サーキット性能も向上した。