Новый BMW F800S с первым в истории BMW рядным двухцилиндровым мотором занимает нишу среднеразмерных аппаратов. Конструктивно новый силовой агрегат (разработанный в содружестве с австрийской компанией Bombardier-Rotax GmbH) схож с рядной «четверкой» BMW K1200S: два верхних распредвала, четыре клапана на цилиндр, система впрыска топлива, система смазки с «сухим» картером. Мотор сблокирован с многодисковым «мокрым» сцеплением и шестиступенчатой коробкой передач. Привод заднего колеса — зубчатым ремнем. Диагональная рама изготовлена из алюминиевого сплава, причем двигатель включен в нее в качестве силового элемента. Задняя подвеска — с алюминиевым маятником, консольным креплением колеса и моноамортизатором с дистанционной регулировкой характеристик. Мотоцикл отличается мощной тормозной системой, по заказу устанавливается АВS. На туристской версии BMW F800ST установлены большой обтекатель, высокое ветровое стекло, алюминиевые кронштейны для крепления багажных кофров.