Mit dem Audi TT RS auf Basis der zweiten TT-Generation entwickelte die quattro GmbH erstmals einen eigenen Sportwagen. Um den Abstand zum Audi TTS deutlich zu vergrößern, kehrte nach 15 Jahren der legendäre Audi-Fünfzylinder zurück. Der neue 2,5-Liter-Turbomotor mit FSI-Direkteinspritzung leistete 340 PS und 450 Nm Drehmoment. Sein nur 183 Kilogramm schweres Kurbelgehäuse bestand aus Vermikulargraphitguss – einem Hightech-Material, das weltweit erstmals bei einem Ottomotor eingesetzt wurde.
Die ungewöhnliche Zündfolge 1-2-4-5-3 sorgte für den charakteristischen Fünfzylinder-Klang. Eine Abgasklappe mit reduziertem Gegendruck verstärkte diesen Effekt: Unter hoher Last öffnete sie den direkten Abgasweg und verlieh dem TT RS seinen markanten Sound.
Serienmäßig übertrug ein verstärktes 6-Gang-Schaltgetriebe die Kraft auf den permanenten quattro-Antrieb. Ab Herbst 2010 war alternativ eine auf das hohe Drehmoment abgestimmte 7-Gang S tronic erhältlich, die schnellere und komfortablere Schaltvorgänge ermöglichte. Herzstück des Allradantriebs war eine elektronisch geregelte Haldex-Lamellenkupplung vor dem Hinterachsdifferenzial.
Der knapp 1,5 Tonnen schwere TT RS verfügte über ein gegenüber dem TT um 10 Millimeter tiefergelegtes Fahrwerk mit McPherson-Vorderachse und Vierlenker-Hinterachse. Die Karosserie bestand zu zwei Dritteln aus Aluminium, lediglich das Heck war aus Stahl gefertigt. Sein sportlicher Anspruch zeigte sich im festen Heckflügel, dem Singleframe-Grill mit Rautengitter, großen Kühllufteinlässen, ovalen Endrohren, markantem Heckdiffusor sowie den RS-spezifischen Details.