Jabarkan Kejuaraan Dunia MotoGP (2009–2010) dari Mika Kallio

Pada 19 Oktober 2008, Kallio diumumkan sebagai bagian dari line up baru Pramac Racing untuk tahun 2009 di MotoGP bersama Niccolò Canepa Italia. Kallio dibekali dengan spesifikasi terbaru Ducati Desmosedici GP9 yang memastikan kesetaraan untuk tim satelit dan skuad pabrik.

Karir MotoGP-nya dimulai dengan cerah dengan dua tempat kedelapan dari dua putaran pembukaan di Qatar dan Motegi. Namun, selama sebagian besar musim akan dirusak dengan beberapa kecelakaan, terutama dari posisi yang kuat. Di TT Belanda di Assen, Kallio jatuh dari posisi keenam dan jarinya terbakar hingga ke tulang, kehilangan bagian atas. Dia melewatkan balapan di Mazda Raceway Laguna Seca, tetapi kembali beraksi di Sachsenring di Jerman, balapan dengan sarung tangan custom-made khusus untuk mengakomodasi balutan.

Pada 10 Agustus 2009, ketika Casey Stoner mengumumkan bahwa ia akan absen pada tiga balapan berikutnya karena masalah kesehatan, Kallio dipanggil untuk menggantikan Stoner di tim Ducati Marlboro. Setelah tugasnya menggantikan Stoner selesai, Kallio kembali ke Pramac untuk empat balapan terakhir musim ini. Dia terus menunjukkan bakatnya dengan tiga lagi finis sepuluh besar, meskipun dia gagal menyelesaikan potensi enam besar di Estoril setelah kecelakaan front end lainnya. Secara keseluruhan, itu menjadi musim debut yang positif di kelas atas dan penghitungan poinnya menghadiahinya dengan gelar "Rookie of the Year".

Pada tanggal 30 September 2009 Kallio mengumumkan bahwa ia telah menandatangani kontrak satu tahun baru dengan Pramac Ducati yang akan membuatnya membalap untuk tim di musim .

Musim 2010 akan menjadi musim yang sangat sulit bagi Kallio. Rekan setim barunya Aleix Espargaró, membuat Kallio kesulitan dan biasanya akan menyamai atau melampaui dia. Kallio hanya akan meraih hanya dua finis sepuluh besar sepanjang musim, ketujuh yang mengesankan di Jerez dari belakang grid dan kesembilan di Laguna Seca. Tapi secara keseluruhan, itu adalah kekecewaan umum.

Pada 17 Oktober 2010, Kallio mengumumkan bahwa ia tidak akan berlaga di dua putaran terakhir musim 2010 karena cedera bahu yang ia kendarai, sejak Le Mans pada bulan Mei. Kurangnya kepercayaan diri dengan Ducati juga berkontribusi pada kurangnya hasil. Akibatnya, Kallio dan Pramac berpisah karena belum ditawari kontrak  oleh tim.