Sur la base des travaux menés sans relâche pendant près de dix ans sur des performances confinant à l’extrême, les ingénieurs de Bugatti ont réussi à faire évoluer la nouvelle Veyron à un tel niveau qu'elle permet littéralement au conducteur d’accéder à une nouvelle dimension. Toutes les modifications ont été conçues pour générer une tenue de route plus efficace, plus réactive, plus puissante. Le gain de puissance du moteur de 16 cylindres est principalement lié aux quatre puissants turbocompresseurs et échangeurs d’air qui y ont été intégrés et le châssis a été entièrement redessiné afin d’assurer une sécurité maximale à des vitesses extrêmes. Les réglages de compression détente des nouveaux amortisseurs ont été modifiés et les barres stabilisatrices ont été durcies. Le dispositif de contrôle des roues du véhicule lié aux amortisseurs nouvellement conçus et directement adaptés des modèles de course, est sensiblement plus réactif.

Outre le fort potentiel de dynamique latérale allant jusqu'à 1,4 G, la combinaison optimale des pneus alliée au système intelligent de traction intégrale assure une maniabilité parfaite. Un couple phénoménal de 1 500 Nm permet des poussées d’accélération extrêmes en sortie de virage ; tous les composants du groupe motopropulseur ont été renforcés à grande échelle pour assurer la transmission en toute sécurité de cette puissance démesurée. La finition ultra-aérodynamique de la carrosserie améliore ses performances en la matière tout en assurant un équilibre parfait en toutes situations. La coque en carbone massif réalisée à partir d’une nouvelle fibre garantit une résistance renforcée à la torsion par rapport au modèle de base et une sécurité passive maximale, tout en allégeant le poids du véhicule. L’enveloppe extérieure est intégralement réalisée en fibre de carbone ; sur demande, la Bugatti Veyron 16.4 Super Sport est disponible en fibre de carbone spéciale revêtu d’une laque transparente.