La 911 GT3 possède un atout technique de taille pour séduire : son entraînement. Le moteur Boxer à admission libre de 4 litres, fort d'une puissance nominale de 375 kW (510 ch) et d'un couple maximal de 450 Nm, se base sur un moteur développé pour le sport automobile. Pour une utilisation sur route, seules quelques modifications ont été nécessaires. Le moteur six cylindres dispose de six clapets d'étranglement individuels. Une lubrification à carter sec avec pompe de pression entièrement variable et réservoir d'huile séparé assure l'alimentation en huile, particulièrement importante pour un moteur à haut régime. La lubrification des paliers de bielles très sollicités s'effectue directement par une pompe à huile actionnée par le vilebrequin.
Pour atteindre l'impressionnant régime de coupure de 9 000 tr/min, Porsche a remplacé la compensation hydraulique du jeu des soupapes par des culbuteurs rigides. Des bielles en titane, des pistons forgés et une alimentation en huile supplémentaire par le vilebrequin garantissent la stabilité quand les pistons se déplacent à haute vitesse. Des rangées de cylindres à revêtement plasma limitent la friction. Porsche a équipé le moteur atmosphérique de la 911 GT3 de deux filtres à particules et de quatre catalyseurs. Le système d'échappement léger en acier inoxydable, avec ses deux sorties d'échappement à position centrale caractéristiques de ce modèle, produit un son impressionnant malgré ce système de dépollution très efficace.
Pour le passage de rapports, la 911 GT3 dispose de série d'une boîte de vitesses Doppelkupplung (PDK) à 7 rapports, tandis que la boîte de vitesses sport manuelle GT à six rapports avec fonction activable de double débrayage (« Auto Blip ») est disponible en option. À l'inverse, sur la 911 GT3 avec pack Touring, la boîte de vitesses manuelle est de série et la version avec PDK est en option.
Si la PDK garantit des temps de passage optimisés et permet donc d'atteindre des valeurs d'accélération idéales, la boîte de vitesses manuelle met l'accent sur des courses de levier particulièrement courtes, sur une liaison directe entre le conducteur et l'entraînement et donc sur un plaisir de conduite maximal. De plus, cette configuration permet un allègement de 17 kg par rapport à la version avec PDK. Les versions avec PDK ou avec boîte de vitesses sport manuelle GT profitent d'un rapport de pont raccourci de 8 % par rapport au modèle précédent. Cela améliore l'agilité et les montées en puissance, quel que soit le rapport engagé, pour une dynamique nettement optimisée.
Le développement d'une GT3 vise toujours à atteindre un rapport poids/performances optimal. Dans le cas de la variante la plus légère avec boîte de vitesses sport manuelle à six rapports, chaque kilowatt du moteur atmosphérique à haut régime remanié ne doit déplacer que 3,8 kg (2,8 kg/ch). La nouvelle 911 GT3 passe de 0 à 100 km/h en seulement 3,4 secondes (911 GT3 avec pack Touring : 3,9 secondes). La vitesse maximale atteint quant à elle 311 km/h (911 GT3 avec pack Touring : 313 km/h).
