Эксперименты с электротягой, начатые ещё на R8 предыдущего поколения (опытная партия из 12 машин в 2013 году), привели к мелкосерийному производству R8 e-tron. Дебют состоялся в марте 2015 года на Женевском автосалоне. Два электромотора суммарной мощностью 340 кВт (462 л. с.) питает литий-ионная батарея с энергоотдачей 92 кВт·ч. Аккумуляторов должно хватать на 450 км. Проект имел большую заявку на будущее. Электрический R8 развивал максимальную скорость 200 км/ч и ускорялся до 100 км/ч за 3,9 с. И стоил при этом под миллион евро. Купить R8 e-tron можно было только в заводском выставочном зале в Ингольштадте. В октябре 2016 года проект решили отложить, всего было произведено около сотни Audi R8 e-tron. В сентябре 2017 года на Франкфуртском автосалоне компания представила особую модель R8 V10 RWS (Rear-wheel-series) только с задними ведущими колёсами. Хотя снаряжённая масса уменьшилась на 50 кг (1590 кг), отказ от пары ведущих колёс повлек за собой увеличение времени разгона до 100 км/ч на 0,2 с (3,7 с). Максимальная скорость — 320 км/ч. Серию ограничили 999 экземплярами. R8 V10 RWS — первый с 1940 года серийный легковой автомобиль марки с приводом на задние колёса.
18 октября 2018 года спорткупе и спайдер R8 V10 представили в обновлённом оформлении, в стиле «истинного quattro». Мощность мотора R8 V10 quattro отныне составила 570 л. с. Купе ускоряется до 100 км/ч за 3,4 с, спайдер — за 3,5 с. Их максимальная скорость — 324 и 322 км/ч. Двигатель R8 V10 Performance quattro выдаёт 620 л. с. С ним купе разгоняется до 100 км/ч за 3,1 с, спайдер — за 3,2 с. Скорость купе — 331 км/ч, спайдера — 325 км/ч.
К 10-летию выпуска двигателей V10 в марте 2019 года на Женевском автосалоне представили Audi R8 V10 Decennium. Этот коллекционный автомобиль доступен только с кузовом купе. Построена ограниченная партия из 222 экземпляров.