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Herzstück des Lexus IS F ist sein Antriebsstrang, bestehend aus einem 423 PS starken Vollaluminium-Achtzylinder und dem einzigartigen Achtstufen-Direktschaltgetriebe, das innerhalb von Zehntelsekunden den passenden Gang einlegt. Das V8-Triebwerk mit fünf Liter Hubraum verfügt über Leichtbau-Spezialitäten wie hohlgebohrte Nockenwellen, Einlassventile aus Titan, gesinterte Pleuel und eine geschmiedete Kurbelwelle. Der Motor entwickelt ein maximales Drehmoment von 505 Newtonmetern und dreht bis zu 6800 Umdrehungen pro Minute.
Als erster Lexus verfügt der IS F über das mehrstufig einstellbare Fahrdynamik-Management VDIM Sport, das aktive Sicherheit mit einem sehr agilen Fahrverhalten kombiniert. Zum sportlichen Handling trägt ein neu abgestimmtes Fahrwerk mit geschmiedeten 19-Zoll-Rädern und einer gemeinsam mit den Spezialisten von Brembo entwickelten Hochleistungs-Bremsanlage bei.