LP står for "Longitudinale Posteriore", og refererer til den lengdemonterte, 6,5 liter store V12-motoren som produserer opp til 640 hk ved 8 000 omdreininger per minutt. Sammen med en ny sekstrinns girkasse, som kan leveres med Lamborghinis "E-gear"-system som ekstrautstyr, kan LP640 flytte seg fra 0 til 100 km/t på kun 3,4 sekunder, 0,4 sekunder raskere enn standardutgaven. LP640 er utstyrt med et elektronisk startkontrollsystem kalt "Thrust".