600ccクラスのレースシーンにおいて勝利をつかむべく、細部にわたってフルモデルチェンジをした04GSX-R600。R1000譲りのラジアルマウントキャリパーや、フロントマスターシリンダーにもラジアルポンプ型を採用する。エンジンでは、バルブにチタン合金を採用することで、バルブスプリングレートを下げながらもレブリミットを500回転引き上げることが可能になった。また、クランクケースにベンチレーションホールを設け、各シリンダー下部の圧力を一定にすることで、ポンピングロスを軽減した。車体では、縦型2灯の新形状ヘッドライトを採用することで、ラムエアダクトの位置を最適化。加給効率を向上させた。また、横幅を狭くしたメインフレームを採用することで、よりコンパクトな車体構成とすることができた。