Двигатель мотоцикла обычно состоит из поршней, блока цилиндров и головки, которая содержит клапанный механизм. Большинство двигателей имеют коробку передач с шестью или семью передаточными числами. Передача заднего хода иногда встречается на тяжелых туристических мотоциклах или мотоциклах с коляской. На большинстве мотоциклов водитель переключает передачи с помощью ножной педали и ручного сцепления, но на некоторых установлены автоматические или полуавтоматические коробки передач, а на некоторых используется вариаторная коробка передач. Большинство серийных мотоциклов оснащены бензиновыми двигателями внутреннего сгорания, но использовались и другие типы двигателей, такие как Ванкели и электродвигатели. Хотя большинство из них являются двухтактными или четырехтактными двигателями, исторически сложилось так, что некоторые мотоциклы имели фрикционный привод на переднюю шину, и были мотоциклы с передним или полным приводом. Кроме того, в некоторых новых мотоциклах используются системы впрыска топлива и компьютерного управления двигателем, которые в настоящее время распространены на мотоциклах среднего класса и больших размеров и все чаще внедряются в машины меньшего размера.